伦琴在发现射线时，他已经是五十岁的人了。当时，他担任维尔茨堡大学的校长和物理研究所所长，是一位造诣很深，有丰硕研究成果的物理学教授。
伦琴治学严谨、观察细致，有熟练的实验技巧，仪器装置大多是他自己制作的，实验工作很少依靠助手。他对实验结果毫无偏见，下结论时谨慎周密。他正直、谦逊的态度，专心致志于科学工作的精神，深受同行和学生们的敬佩。
十九世纪末，阴极射线研究是物理学的热门课题。许多物理实验室都致力于这方面的研究，伦琴也对这个问题感兴趣。
１８９５年１１月８日，正当伦琴继续在实验室里从事阴极射线的实验工作时，一个偶然事件引起了他的注意。当时，房间一片漆黑，放电管用黑纸包严。他突然发现在不超过一米远的小桌上有一块荧光屏发出闪光。伦琴很奇怪，放电管是用黑纸包着的，荧光屏也没有亮起灯，怎么会有荧光呢？
伦琴以为是自己的错觉，又重新做放电实验，但是，荧光又出现了。伦琴大为震惊，他一把抓过桌上的火柴，嚓的一声划亮。原来，在距离工作台一米远处，立着一个小屏幕，这个屏幕是金属材料制成的，厚达数厘米。伦琴知道，阴极射线是不能通过数厘米厚的屏幕的，那么，它怎么能使一米远处的荧光屏闪光呢？莫非是一种未发现的新射线？
伦琴兴奋地托起荧光屏，一前一后地挪动位置，可是那一丝绿光总不会逝去。看来这种射线的穿透能力很强，与距离没有多大关系。那么除了空气外它还能不能穿透其他物质呢？他试着用书、薄铝片挡住射线，荧光屏上照样出现亮光，可是，当他用一张很薄的铅块遮挡住射线时，亮光没了。于是，伦琴肯定，这确实是有一种新的射线，因为对这种射线还不了解，所以伦琴给它取名为“射线”。
从那以后，伦琴就开始专心致志地研究这种未知的射线。
一天，伦琴的妻子贝尔格溜进实验室，突然，贝尔格喊道：“妖魔，妖魔，你这实验室里出了妖魔！”
“贝尔格，你冷静点！”伦琴说，“我就在你跟前，别怕，你刚才看见什么了？”
“刚才太可怕了，我的两只手只剩下几根骨头了。”贝尔格说。
伦琴一听，一拍额头，说道：“亲爱的，我们是发现了有种妖魔，这家伙能穿过人的血肉，也许这正是它的用途呢？不要慌，我们再来试一遍。”
这次，伦琴将自己的手伸在屏幕上，果然显出五根手指骨头的影子。
然后，伦琴又取出一个装有照相底板的暗盒，让贝尔格将一只手放在上面，再用放电管对准，这样照射了１５分钟。底片在显影液里捞出来后，手部的骨骼清晰可见。伦琴高兴极了，他终于发现了射线，这个发现成为１９世纪９０年代物理学上的三大发现之一，为此，伦琴于１９０１年荣获全世界首次颁发的诺贝尔物理学奖。