X射线的发现是19世纪末20世纪初物理学的三大发现（X射线1896年、放射线1896年、电子1897年）之一，这一发现标志着现代物理学的产生，为诸多科学领域提供了一种行之有效的研究手段。X射线的发现和研究，对20世纪以来的物理学以至整个科学技术的发展产生了巨大而深远的影响。
诺贝尔奖1901年第一次颁发，德国物理学家伦琴因发现X射线获物理学奖。在此之后，X射线仿佛有什么魔力，总与诺贝尔奖有着不解之缘，伦琴根本没想到他的这一发现竟成就了多个诺贝尔奖得主。一个多世纪以来，因研究X射线技术、以及使用X射线进行研究、与X射线有关的研究而获得诺贝尔奖的已有几十人。
1836年，英国科学家迈克尔.法拉第（MichaelFaraday）发现，在稀薄气体中放电时会产生一种绚丽的辉光。后来，物理学家把这种辉光称为“阴极射线”，因为它是由阴极发出的。
英国科学家法拉第
1861年，英国科学家威廉.克鲁克斯（WilliamCrookes）发现通电的阴极射线管在放电时会产生亮光，于是就把它拍下来，可是显影后发现整张干版上什么也没照上，一片模糊。他以为干版旧了，又用新干版连续照了三次，依然如此。克鲁克斯的实验室非常简陋，他认为是干版有毛病，就退给了厂家。他也曾发现抽屉里保存在暗盒里的胶卷莫名其妙地感光报废了，他找到胶片厂商，指斥其产品低劣。一个伟大的发现与他失之交臂，直到伦琴发现了X光，克鲁克斯才恍然大悟。
英国科学家克鲁克斯
在伦琴发现X射线的五年前，美国科学家古德斯柏德在实验室里偶然洗出了一张X射线的透视底片。但他归因于照片的冲洗药水或冲洗技术有问题，也把这一“偶然”弃之于垃圾堆中。
1901年，诺贝尔奖第一次颁发，伦琴因发现X射线而获得了诺贝尔物理学奖
1895年10月，德国物理学家伦琴（WilhelmKonrad Rontgen）也发现了干板底片“跑光”现象，他决心查个水落石出。伦琴吃住在实验室，一连做了7个星期的秘密实验。11月8日，伦琴用克鲁克斯阴极射线管做实验，他用黑纸把管严密地包起来，只留下一条窄缝。他发现电流通过时，两米开外一个涂了亚铂氰化钡的小屏发出明亮的荧光。如果用厚书、2-3厘米厚的木板或几厘米厚的硬橡胶插在放电管和荧光屏之间，仍能看到荧光。他又用盛有水、二硫化碳或其他液体进行实验，实验结果表明它们也是“透明的”，铜、银、金、铂、铝等金属也能让这种射线透过，只要它们不太厚。
德国科学家伦琴
使伦琴更为惊讶的是，当他把手放在纸屏前时，纸屏上留下了手骨的阴影。伦琴意识到这可能是某种特殊的从来没有观察到的射线，它具有特别强的穿透力。伦琴用这种射线拍摄了他夫人的手的照片，显示出手的骨骼结构。
伦琴用X射线拍摄的手的照片
1895年12月28日，伦琴向德国维尔兹堡物理和医学学会递交了第一篇研究通讯《一种新射线——初步报告》。伦琴在他的通讯中把这一新射线称为X射线（数学上经常使用的未知数符号X），因为他当时无法确定这一新射线的本质。
伦琴的这一发现立即引起了强烈的反响：1896年1月4日柏林物理学会成立50周年纪念展览会上展出了X射线照片。1月5日维也纳《新闻报》抢先作了报道；1月6日伦敦《每日纪事》向全世界发布消息，宣告发现X射线。这些宣传，轰动了当时国际学术界，伦琴的论文在3个月之内就印刷了5次，立即被译成英、法、意、俄等国文字。
X射线的发现引起了学术界极大的研究热情。此后，伦琴发表了《论一种新型的射线》、《关于X射线的进一步观察》等一系列研究论文。1901年诺贝尔奖第一次颁发，伦琴就由于发现X射线而获得了物理学奖。
伦琴发现X射线使X射线研究迅速升温，几乎所有的欧洲实验室都立即用X射线管来进行试验和拍照。几个星期之后，X射线已开始被医学家利用。医生应用X射线准确地显示了人体的骨骼，这是物理学的新发现在医学中最迅速的应用。随后，创立了用X射线检查食道、肠道和胃的方法，受检查者吞服一种造影剂（如硫酸钡），再经X射线照射，便可显示出病变部位的情景。以后又发明了用于检查人体内脏其他一些部位的造影剂。X射线诊断仪在相当一个时期内一直作为医院中最重要的诊断仪器。
为纪念伦琴对物理学的贡献，后人也称X射线为伦琴射线，并以伦琴的名字作为X射线等的照射量单位。
1914年，劳厄由于利用X射线通过晶体时的衍射，证明了晶体的原子点阵结构而获得诺贝尔物理学奖
此时，X射线究竟是微小的质点束，还是像光一样的波状辐射，一直悬而未决。有一种鉴定方法就是看X射线能否借助含有一系列细线的衍射光栅而衍射（即改变射线方向）。要想得到适当的衍射，这些细线的间距必须大致与辐射线的波长大小相等。那时最密的人工衍射光栅，适用于一般光线。由X射线的穿透力得知，若X射线像波一样，则其波长要短得多——可能只有可见光波长的千分之一。制作如此精细的光栅在当时是完全是不可能的。
德国物理学家马克斯.劳厄（Max vonLaue）想到，如果人工做不出这样的光栅，自然界中的晶体也许能行。晶体是一种几何形状整齐的固体，而在固体平面之间有特定的角度，并且有特定的对称性。这种规律是构成晶体结构的原子有次序地排列的结果。一层原子和另一层原子之间的距离大约是X射线波长的大小。如果这样，晶体应能使X射线衍射。
德国科学家劳厄
劳厄的老板，物理学家阿诺德.索末菲（ArnoldSommerfeld）认为这一想法荒诞不经，劝说他不要在这上面浪费时间。但到了1912年，两个学生证实了劳厄的预言。他们把一束Ｘ光射向硫化锌晶体，在感光版上捕捉到了散射现象，即后来所称的劳厄相片。感光版冲洗出来之后，他们发现了圆形排列的亮点和暗点—衍射图。劳厄证明了Ｘ光具有波的性质。《自然》杂志把这一发现称为“我们时代最伟大、意义最深远的发现”。劳厄证明了X射线的波动性和晶体内部结构的周期性，发表了《X射线的干涉现象》一文。两年后，也就是1914年，这一发现为劳厄赢得了诺贝尔物理学奖。
德国科学家索末菲
劳厄发现X射线衍射有两个重大意义。它表明了Ｘ射线是一种波，对X射线的认识迈出了关键的一步, 这样科学家就可以确定它们的波长，并制作仪器对不同的波长加以分辨（与可见光一样，Ｘ射线具有不同的波长）。另一方面，这一发现在第二个领域结出了更为丰硕的成果，第一次对晶体的空间点阵假说作出了实验验证，使晶体物理学发生了质的飞跃。一旦获得了波长一定的光束，研究人员就能利用Ｘ光来研究晶体光栅的空间排列：Ｘ射线晶体学成为在原子水平研究三维物质结构的首枚探测器。这一发现继佩兰（Perrin）的布朗运动实验之后，又一次向科学界提供证据，证明原子的真实性。此后，X射线学在理论和实验方法上飞速发展，形成了一门内容极其丰富、应用极其广泛的综合学科。
1915年，布拉格父子因在用X射线研究晶体结构方面所作出的杰出贡献分享了诺贝尔物理学奖
劳厄的文章发表不久，引起了英国布拉格父子的关注，当时老布拉格，即亨利.布拉格（William Henry Bragg）已是利兹大学的物理学教授，而小布拉格，即劳伦斯.布拉格（William Lawrence Bragg）刚从剑桥大学毕业，在卡文迪许实验室工作。由于都是X射线微粒论者，两人都试图用X射线的微粒理论来解释劳厄的照片，但他们的尝试未能取得成功。小布拉格经过反复研究，成功地解释了劳厄的实验事实。他以更简洁的方式，清楚地解释了X射线晶体衍射的形成，并提出著名的布拉格公式：2dsinθ=nλ。这一结果不仅证明了小布拉格的解释的正确性，更重要的是证明了能够用X射线来获取关于晶体结构的信息。
英国科学家亨利.布拉格
英国科学家劳伦斯.布拉格
1912年11月，小布位格以《晶体对短波长电磁波衍射》为题向剑桥哲学学会报告了上述研究结果。老布拉格于1913年1月设计出第一台X射线光谱仪，并利用这台仪器，发现了特征X射线。
小布拉格在用特征X射线分析了一些碱金属卤化物的晶体结构之后，与其父亲合作，成功地测定出了金刚石的晶体结构，并用劳厄法进行了验证。金刚石结构的测定完美地说明了化学家长期以来认为的碳原子的四个键按正四面体形状排列的结论。这对尚处于新生阶段的X射线晶体学来说非常重要，充分显示了X射线衍射用于分析晶体结构的有效性，使其开始为物理学家和化学家普遍接受。
布拉格父子因在用X射线研究晶体结构方面所作出的杰出贡献分享了1915年的诺贝尔物理学奖。
1917年，巴克拉由于发现标识X射线获得诺贝尔物理学奖
1897年，法国物理学家塞格纳克（G.M.M.Sagnac）发现X射线还有一种效应引人注目，当它照射到物质上时会产生二次辐射，这种二次辐射是漫反射，比入射的X射线更容易吸收。这一发现为以后研究X射线的性质打下了基础。
1906年英国物理学家查尔斯.巴克拉（Charles GloverBarkla）在塞格纳克的基础上做实验，他将X射线管发出的X射线以45°角辐照在散射物A上，从A发出的二次辐射又以45°角投向散射物B，再从垂直于二次辐射的各个方向观察三次辐射，发现强度有很大变化，沿着既垂直于入射射线又垂直于二次辐射的方向强度最弱。由此巴克拉得出了X射线具有偏振性的结论。根据X射线的偏振性，人们开始认识到X射线和普通光是类似的。
英国科学家巴克拉
偏振性的发现对认识X射线的本质虽然前进了一大步，但还不足以判定X射线是波还是粒子，因为粒子也能解释这一现象，只要假设这种粒子具有旋转性就可以了。1907-1908年，一场关于X射线是波还是粒子的争论在巴克拉和亨利.布拉格之间展开了。
亨利.布拉格根据γ射线能使原子电离，在电场和磁场中不受偏转以及穿透力极强等事实，主张γ射线是由中性偶——电子和正电荷组成。他认为X射线也一样，并由此解释了已知的各种X射线现象。而巴克拉坚持X射线的波动性。两人在科学期刊上展开了辩论，双方都有一些实验事实支持。这场争论虽然没有得出明确结论，但还是给科学界留下了深刻印象。巴克拉关于X射线的偏振实验和波动性观点可以说是后来劳厄发现X射线衍射的前奏。
巴克拉最重要的贡献是发现了元素发出的X射线辐射都具有和该元素有关的特征谱线（也叫标识谱线）。巴克拉在实验中发现，不管元素已化合成什么化合物，它们总是发射一种硬度的X射线，当原子量增大时，标识X射线的穿透本领会随着增大。这说明X射线具有标识特定元素的特性。
1909年，巴克拉和他的学生沙德勒（C.A.Sadler）在进一步的实验中发现，标识谱线其实并不均匀，它可以再分为硬的成分和软的成分。他们把硬的成分称为K线，把软的成分称为L线。每种元素都有其特定的K线和L线。这些谱线的吸收率与发射元素的原子量之间近似有线性关系，却跟普通光谱不同，不呈周期性。X射线标识谱线对建立原子结构理论极为重要。
巴克拉由于发现标识X射线在1917年获得了诺贝尔物理学奖。
1924年，西格班因在X射线光谱学方面的贡献获得了诺贝尔物理学奖
1914年，英国物理学家莫塞莱（HenryMoseley）用布拉格X射线光谱仪研究不同元素的X射线，取得了重大成果。莫塞莱发现，以不同元素作为产生X射线的靶时，所产生的特征X射线的波长不同。他把各种元素按所产生的特征X射线的波长排列后，发现其次序与元素周期表中的次序一致，他称这个次序为原子序数，认为元素性质是其原子序数的周期函数。原子序数把各种元素基本上按原子量递增的顺序排列成一个系列，可是却比按原子量递增排列得到更合理的顺序。关于原子序数的发现被称为莫塞莱定律。
英国科学家莫塞莱
瑞典物理学家卡尔.西格班（KarlManne Georg Siegbahn）继承和发展了莫塞莱的研究，他改进了真空泵的设计，他设计的X射线管，可使曝光时间大大缩短，从而使测量精度大为提高。因此他能够对X射线谱系作出精确的分析，他测量波长的精确度比莫塞莱提高了1000倍。
瑞典科学家卡尔.西格班
卡尔.西格班的研究支持了玻尔等人把原子中电子按壳层排列的观点。他和他的同事还从各种元素的标识X辐射整理出系统的规律，对原子的电子壳层的能量和辐射条件建立了完整的知识，同时也为与之有关的现象作出量子理论解释建立了坚实的经验基础。卡尔.西格班在他的《伦琴射线谱学》一书中对这方面的成果作了全面总结，成为一部经典的科学著作。卡尔.西格班获得了1924年的诺贝尔物理学奖，成为继巴克拉之后，又一次因X射线学的贡献而获诺贝尔物理学奖的物理学家。卡尔.西格班的X射线谱仪测量精度非常之高，以至30年后还在许多方面得到应用。
卡尔.西格班的儿子凯.西格班在57年后的1981年，由于在电子能谱学方面的开创性工作获得了诺贝尔物理学奖的一半。
1927年，康普顿与威尔逊因发现X射线的粒子特性同获诺贝尔物理学奖
美国物理学家阿瑟.康普顿（ArthurHoly Compton）在大学生时期就跟随其兄卡尔·康普顿开始X射线的研究。后来他到了卡文迪什实验室，主要从事γ射线的实验研究。他用精湛的实验技术精确测定了γ射线的波长，并确定γ射线在散射后波长会变得更长。但他没能从理论上解释这个实验事实。他到了美国华盛顿大学后，用X射线进行实验，检验用γ射线做的散射实验结果。他发现，晶体反射的单色X射线也能激发同样的现象，还发现这种X辐射具有偏振性。经过多次精细实验，康普顿得到了明确的结论，散射的波长比入射的波长更长，波长的改变量只决定于散射角。
美国科学家阿瑟.康普顿
1923年5月，康普顿用爱因斯坦的光子概念成功地解释了x 射线通过石墨时所发生的散射。他假设光子与电子在碰撞过程中既要遵守能量守恒又要遵守动量守恒，他按照这个思路列出方程后求出了散射前后的波长差，结果跟实验数据完全符合，这样就证实了他的假设。这种现象被称为康普顿效应。
康普顿进一步证实了爱因斯坦的光子理论，揭示出光的二象性本质，从而导致了近代量子物理学的诞生和发展；另一方面康普顿效应也阐明了电磁辐射与物质相互作用的基本规律，从理论和实验上都具有极其深远的意义。康普顿于1927年与英国的物理学家威尔逊同获诺贝尔物理学奖[6]。
1936年，德拜因利用偶极矩、X射线和电子衍射法测定分子结构的成就而获诺贝尔化学奖
1916年，美籍荷兰物理学家、化学家彼得.德拜（Peter Joseph Wilhelm Debye）和瑞士物理学家谢乐（PaulScherrer）发展了用X射线研究晶体结构的方法，采用粉末状的晶体代替较难制备的大块晶体。粉末状晶体样品经X射线照射后在照相底片上可得到同心圆环的衍射图样（德拜-谢乐环）,可用于鉴定样品的成分，测定晶体结构。
美籍荷兰科学家德拜
因当时正值第一次世界大战，信息交流受阻，1917年，美国科学家Hull也独立提出了这一方法。德拜因利用偶极矩、X射线和电子衍射法测定分子结构的成就而获1936年诺贝尔化学奖。
1946年，缪勒因发现X射线能人为地诱发遗传突变而获诺贝尔生理学.医学奖
1927年，美国生物学家赫尔曼.缪勒（HermannJosepn Muller）在研究基因突变的过程中，用X射线照射了上百个果蝇，观察它们与未经照射的果蝇交配后所产生后代的变异。他意外地发现，X射线大大加速了果蝇的变异，并广泛地涉及到眼睛、刚毛、触角、翅膀、个体大小、活泼程度等各个方面。这些变异现象，显然是由基因突变引起的。人工诱发遗传突变获得成功，开辟了辐射遗传和人工诱变研究的新领域，在理论和实践上均有重大意义。
美国生物学家缪勒
缪勒的工作使他的老师摩尔根（T.H.Morgan）所创立的基因学说在实践上得到了发展，缪勒因发现X射线能人为地诱发遗传突变而被授予1946年诺贝尔生理学.医学奖。缪勒最早指出放射线对人类的遗传有危害作用，他认为核（弹）试验的放射性尘埃能引起大量有害突变，可能殃及后代。
1954年，鲍林由于在化学键的研究以及用化学键的理论阐明复杂的物质结构而获得诺贝尔化学奖
20世纪40年代末和50年代初，DNA被确认为遗传物质，它能携带遗传信息，能自我复制传递遗传信息，能让遗传信息得到表达以控制细胞活动，并能突变并保留突变。生物学家们面临的难题是：DNA是什么样的结构？当时主要有三个实验室在研究DNA分子模型。
英国伦敦国王学院的莫里斯.威尔金斯（MauriceWilkins）、罗莎琳.富兰克林（Rosalind Elsie Franklin）实验室，他们用X射线衍射法研究DNA的晶体结构。当X射线照射到生物大分子的晶体时，晶格中的原子或分子会使射线发生偏转，根据得到的衍射图像，可以推测分子大致的结构和形状。英国女生物学家富兰克林最早认定DNA具有双螺旋结构，1952年5月，她运用X射线衍射技术拍摄到了清晰而优美的DNA照片，照片表明DNA是由两条长链组成的双螺旋，宽度为20埃，这为探明其结构提供了重要依据。
英国科学家威尔金斯
英国科学家富兰克林
另一个研究DNA分子模型的实验室是美国加州理工学院的莱纳斯.鲍林（Linus Carl Pauling）实验室。早在20世纪30年代初，鲍林对生物大分子结构研究产生了兴趣，最初的工作是对血红蛋白结构的确定。为了进一步精确测定蛋白质结构，他想到他早期从事的X射线衍射晶体结构测试的方法，将这种方法引入到蛋白质结构测定中，并且推导了经衍射图谱计算蛋白质中重原子坐标的公式。
美国科学家鲍林
至今，通过蛋白质结晶进行X射线衍射实验仍然是测定蛋白质三级结构的主要方法，人类已知结构的绝大部分蛋白质都是经由这种方法测定获得的。结合血红蛋白的晶体衍射图谱，鲍林提出蛋白质中的肽链在空间中是呈螺旋形排列的，这是最早的α螺旋结构模型。1954年，鲍林由于在化学键的研究以及用化学键的理论阐明复杂的物质结构而获得诺贝尔化学奖（他的成就与X射线衍射研究密不可分）。
1962年，沃森、克里克、威尔金斯因发现核酸的分子结构及其对生命物质信息传递的重要性分享了诺贝尔生理学.医学奖
还有一个研究DNA分子模型的实验室是英国的詹姆斯.沃森（James Watson）和弗朗西斯.克里克（Francis Crick）的研究小组。沃森1951年在剑桥大学做博士后，研究DNA分子结构，课题项目是研究烟草花叶病毒。克里克当时正在做博士论文，论文题目是“多肽和蛋白质：X射线研究”。沃森需要克里克在X射线晶体衍射学方面的知识，他说服克里克参加DNA分子模型的研究。他们从1951年10月开始拼凑模型，几经尝试，终于在1953年3月获得了正确的模型。
英国科学家沃森
英国科学家克里克
DNA双螺旋模型的发现，是20世纪最为重大的科学发现之一，也是生物学历史上惟一可与达尔文进化论相比的最重大的发现，它揭开了分子生物学的新篇章，人类从此开始进入改造、设计生命的征程。同时，它也是许多人共同奋斗的结果，克里克、威尔金斯、富兰克林和沃森，特别是克里克，是其中最为杰出的。
沃森、克里克、威尔金斯因发现核酸的分子结构及其对生命物质信息传递的重要性分享了1962年的诺贝尔生理学.医学奖（他们的研究成果是在X射线衍射实验的基础上得到的）。
1962年，佩鲁茨和肯德鲁用X射线衍射分析法首次精确地测定了蛋白质晶体结构而分享了诺贝尔化学奖
英国生物化学家约翰.肯德鲁（JohnCowdery Kendrew））和马克斯.佩鲁兹（Max Ferdinand Perutz）），用X射线衍射分析法研究血红蛋白和肌红蛋白。肯德鲁用特殊的X射线衍射技术及电子计算机技术描述肌球蛋白螺旋结构中氨基酸单位的排列，他与佩鲁茨共同研究X射线衍射晶体照相术，以及蛋白质和核酸的结构与功能。
英国科学家肯德鲁
英国科学家佩鲁兹
1960年，他们把一些蛋白质分子和衍射X射线效率特别高的大质量原子（如金或汞的原子）结合起来，首次精确地测定了蛋白质晶体的结构。佩鲁茨和肯德鲁分享了1962年的诺贝尔化学奖。
1964年，霍奇金因在运用X射线衍射技术测定复杂晶体和大分子的空间结构取得的重大成果获诺贝尔化学奖
英国女化学家多萝西.霍奇金（DorothyMary Crowfoot Hodgkin）研究了数以百计固醇类物质的结构，其中包括维生素D2（钙化甾醇）和碘化胆固醇。她在运用X射线衍射技术测定复杂晶体和大分子的空间结构的研究中取得了巨大成就。1949年她测定出青霉素的结构，促进了青霉素的大规模生产。1957年又成功测定出了抗恶性贫血的有效药物——维生素B12的巨大分子结构，使合成维生素B12成为可能。
英国科学家霍奇金
由于霍奇金这两项成果意义重大，影响深远，她于1964年获诺贝尔化学奖，成为继居里夫人及其女儿伊伦.约里奥—居里之后，第三位获得诺贝尔化学奖的女科学家。
1969年，哈塞尔与巴顿因提出“构象分析”的原理和方法，并应用在有机化学研究而同获诺贝尔化学奖
挪威化学家奥德.哈塞尔（OddHassell）1930年开始研究环己烷及其衍生物的结构。20世纪50年代起，哈塞尔主要从事有机卤化物的结构研究，他用X射线衍射法研究结晶结构和分子结构，并测定电偶极矩，在确立用构象分析（分子的三维几何结构）把化学性状和分子结构系统联系方面的研究卓有成效。
挪威科学家哈塞尔
英国科学家巴顿
哈塞尔与英国化学家德里克.巴顿（ DerekHarold Richard Barton）因提出“构象分析”的原理和方法，并把它应用在有机化学研究中，用X射线衍射分析法研究了分子特性与分子中原子的复杂空间三维结构之间的关系，对发展立体化学理论作出了贡献而同获1969年诺贝尔化学奖。
