充气X射线管是早期的X射线管。1895年，W.C.伦琴在进行克鲁克斯管实验时发现了 X射线。克鲁克斯管就是早期的充气X射线管。这种管接通高压后,管内气体电离，在正离子轰击下，电子从阴极逸出，经加速后撞击靶面产生X射线。充气X射线管功率小、寿命短、控制困难，后已很少应用。

　　1913年，W.D.库利吉发明了真空 X射线管。管内真空度不低于10-4 帕。阴极为直热式螺旋钨丝，阳极为铜块端面镶嵌的金属靶。根据管子的用途选择靶材和电子束能量，常用钨作靶材。在某些用途下，还采用银、钯、铑、钼、铜、镍、钴、铁、铬等材料。阴极工作温度约为2000K,发射出的电子经数万至数十万伏高压加速后撞击靶面。阴极被一个前端开槽的金属罩包围。金属罩的电位等于或低于阴极，迫使电子聚焦在靶面上的一个狭窄区域内,形成焦斑。X射线就从焦斑上向各个方向辐射，通过管壁上的窗口输出。窗口一般用对 X射线吸收很小的铍、铝或轻质玻璃制成，以铍片为佳。

　　结构分析X射线管对X射线管的要求是焦点小，强度大,以形成较大的功率密度。因此，在阳极上须供给比较大的功率,但X射线管的效率很低，99％以上的电子束功率成为阳极热耗，而使焦斑过热。避免阳极过热的方法是对阳极或管子采取不同方式的冷却，以降低焦斑处的温度，或使靶面倾斜一定角度，以提供较大的散热面积。后又出现旋转阳极X射线管，因靶面高速旋转（达10000转／分），允许功率密度高、焦点小。现代出现一种在阳极靶面与阴极之间装有控制栅极的X射线管,在控制栅上施加脉冲调制，以控制X射线的输出。改变脉冲宽度及重复频率,即可调整定时重复曝光。