X光管实际上就是一只在高压下工作的真空二极管，它有两个电极：一个是用于发射电子的灯丝，作为阴极，另一个是用于接受电子轰击的靶材，作为阳极，它们被密封在高真空的玻璃或陶瓷外壳内。按照产生电子的方式，X光管可分为充气管和真空管两类，根据密封材质不同，可分为玻璃管、陶瓷管和金属陶瓷管；根据用途不同，可分为医疗X射线管和工业X射线管；根据密封方式不同，可分为开放式X光管即在使用过程中需要不断抽真空，密封式X光管即生产X射线管时抽真空到一定程度后立即密封，使用过程中无需要再次抽真空。

      X光管提供电部分至少包含有一个使灯丝加热的低压电源和一个给两极施加高电压的高压发生器。当钨丝通过足够的电流使其发生电子云，且有足够的电压（千伏等级）加在阳极和阴极间、使得电子云被拉往阳极。此时电子以高能高速的状态撞击钨靶，高速电子到达靶面，运动突然收到阻止，其动能的一小部分便转化为辐射能，以X射线的形式放出，以这种形式产出的辐射称为轫致辐射。改变灯丝电流的大小可以改变灯丝的温度和电子的发射量，从而改变管电流和X射线强度的大小。改变X光管激发电位或选用不同的靶材可以改变入射X射线的能量或在不同能量处的强度。

      由于受高能电子轰击，X光管工作时温度很高，需要对阳极靶材进行强制冷却。虽然X光管产生X射线的能量效率十分低下，但是在目前，X光管依然是最实用的X射线发生器件，已经广泛应用于X射线类仪器。目前医疗用途主要分为诊断用X光管和医疗用X光管。