X선을 파장의 차례로 배열한 X선 세기의 분포. 보통 X선은 연속 스펙트럼과 특성 스펙트럼 으로 이루어진다. 연속 스펙트럼은 파장의 빛이 연속적으로 분포되어 있는 스펙트럼이다. 이 연속 스펙트럼의 최단파장은 X선관에 가해진 고전압으로 결정되며, 장파장이 됨에 따라 극대 세기에 도달하고 그 후 단조 감소한다. 이 부분은 라우에 사진 촬영에 이용된다. 한편, 특성 스펙트럼은 비교적 원자핵에 가까운 궤도를 도는 전자인 안 껍질 전자가 큰 에너지를 받아 바깥쪽으로 튀어 나가고 그 자리에 바깥쪽 궤도에서 다른 전자가 들어와 남은 에너지를 방출하기 때문에 발생한다. 휘선 스펙트럼이라고도 하며, X선 관구의 대음극 의 금속 종류에 따라 결정되는 특정한 불연속적인 파장 의 X선으로 이루어진다. 그 구조는 궤도의 에너지 준위 의 차가 큰 데서 생기는 전자기파의 주파수가 커져서 X선이 되는 것이다. 이러한 스펙트럼 연구는 초기 원자 구조의 결정에 중요한 역할을 하였다. 물질에 X선을 비추면 특성 X선이 나오는데 이것이 형광 X선이다. 즉, X선의 파장으로 물질의 원소 종류를 알 수 있는 데서 화합물· 합금 등의 원소 분석에 이용되기도 하고, 또 원자핵의 바깥 껍질의 전자 에너지 준위는 그 원소의 화합 상태에 의하여 영향을 받기 때문에 자외선에 가까운 긴 파장의 X선 스펙트럼은 화합물의 결합 상태, 즉 전자의 에너지 띠 연구에 도움이 된다.