وجاء ذلك الاكتشاف أثناء قيام رونجتن بتجربة في مختبره، حيث لاحظ أن قطعة زجاجية على مسافة بعيدة لم يكن ممكنًا وصول الضوء إليها، بدأت بالتألق، رغم وجود لوح خشبي وورقة من الكربون بين مصدر الإشعاع والزجاج، وبدأت لوحات التصوير بالقرب من معداته في التوهج.
وأدرك رونتجن أن هذه الظاهرة ناجمة عن أشعة غريبة تنبعث من أنبوب زجاجي كان يستخدمه أثناء البحث.
وبذلك تمكن رونجتن من اكتشاف أشعة كهرومغناطيسية غير معروفة، أُطلق عليها بعد ذلك أشعة إكس.
وفي 5 يناير 1896، تم نشر استنتاجاته – التي تضمنت صورة عظام يد زوجته بعد تعريضها لأشعة إكس – على نطاق واسع، وأكسبه ذلك الاكتشاف أول جائزة نوبل للفيزياء في عام 1901.
وعلى الرغم من نجاحه في مجال الأشعة السينية، تخلى عن عمله بعد عام من اكتشافه، وركز بدلًا من ذلك على فحص البلورات.
وفي غضون عام من اكتشاف تلك الأشعة، افتتح أول قسم للأشعة في العالم، في مستشفى جلاسكو الملكي.
وفي استطلاع لمتحف العلوم البريطاني عام 2009، تم التصويت على الأشعة السينية من قبل الجمهور البريطاني باعتباره أهم اكتشاف حديث.