Istnieje wiele mechanizmów odpowiedzialnych za powstawanie promieniowania rentgenowskiego i przedstawiono je wszystkie poniżej. Promieniowanie rentgenowskie może powstawać:
- jako skutek zmiany pędu naładowanych cząstek w wyniku:
a) hamowania elektronów w polu elektrycznym jądra atomu – powstaje tzw. promieniowanie hamowania;
b) przyspieszenia naładowanych cząstek (głównie relatywistycznych elektronów,1) na torach zakrzywionych2 – powstaje tzw. promieniowanie synchrotronowe;
c) przekazania energii relatywistycznego elektronu fotonowi o niskiej energii – tzw. odwrotny efekt Comptona; - podczas wypełniania przez elektron z dowolnej dalszej powłoki luki w bliższej jądra powłoce, powstałej w wyniku:
d) wybicia elektronu przez swobodny elektron lub jon dodatni (np. jon helu lub proton3) – powstaje promieniowanie charakterystyczne;
e) wybicia elektronu przez foton o dostatecznie dużej energii (promieniowanie wtórne) zwane też promieniowaniem fluorescencji rentgenowskiej;
f) rozpadów jąder pierwiastków promieniotwórczych (wychwyt elektronów, zjawisko konwersji wewnętrznej); - wymiany ładunku pomiędzy ciężkim jonem a obojętnym atomem lub cząsteczką;
- podczas procesu wchłaniania mezonów Π-/mionów przez atomy.
1 Relatywistyczny – poruszający się z prędkością porównywalną do prędkości światła
2 Zgodnie z teorią Maxwella ładunek elektryczny poruszający się z przyspieszeniem jest źródłem promieniowania elektromagnetycznego
3 PIXE - Particle Induced X-ray Emission lub Proton Inducted X-ray Emission