充氣X射線管是早期的X射線管。1895年，W.C.倫琴在進行克魯克斯管實驗時發現了 X射線。克魯克斯管就是較早的充氣X射線管。這種管接通高壓后,管內氣體電離，在正離子轟擊下，電子從陰極逸出，經加速后撞擊靶面產生X射線。充氣X射線管功率小、壽命短、控制困難，后已很少應用。1913年，W.D.庫利吉發明了真空 X射線管。管內真空度不低于10-4 帕。陰極為直熱式螺旋鎢絲，陽極為銅塊端面鑲嵌的金屬靶。根據管子的用途選擇靶材和電子束能量，常用鎢作靶材。在某些用途下，還采用銀、鈀、銠、鉬、銅、鎳、鈷、鐵、鉻等材料。陰極工作溫度約為2000K,發射出的電子經數萬至數十萬伏高壓加速后撞擊靶面。陰極被一個前端開槽的金屬罩包圍。金屬罩的電位等于或低于陰極，迫使電子聚焦在靶面上的一個狹窄區域內,形成焦斑。X射線就從焦斑上向各個方向輻射，通過管壁上的窗口輸出。窗口一般用對 X射線吸收很小的鈹、鋁或輕質玻璃制成，以鈹片為較佳。
