穿透作用
X-RAY因其波长短，能量大（其光子能量约为普通可见光子几万到十几万倍），照在物质上，仅一部分被物质吸收，大部分经物体内部的原子间隙而透过，表现出极强的穿透能力。X射线穿透物质的能力跟其光子能量有关，波长越短，光子能量越大，穿透力越强，此外与被照射物质密度和厚度有关，利用差别吸收这种特性可以把密度不同的物质区分开来。
电离作用
物质受X射线照射，可使原子核外电子脱离原子轨道产生电离，利用电离电荷的多少可测定X射线的照射量。在电离的作用下，空气可以导电，物质可以发生化学反应。
热作用
物质所吸收的X射线大部分转化为热能，使其温度升高。
干涉反射衍射
这些作用应用于X射线显微镜，波长测定，物质结构分析。
感光作用
使胶片感光，用于制作高质量医疗影像拍摄胶片。
着色
 X射线长期照射某些物质如铅玻璃，水晶，铂氰化钡等可使其结晶脱水变色。
生物效应
X射线照射生物体时，可使生物细胞受抑制，破坏甚至坏死，致死机体发生不同程度的生理病理和生化方面的改变，不同的生物细胞，对X射线有不同的敏感度，可应用于如肿瘤等疾病的治疗。应用X射线的同时可能导致对生物机体的损害，注意采取防护措施。