X射線發生管殼體主要有石英玻璃或陶瓷管（大體形狀為圓柱型），兩端用銅合金端頭緊密扣合，其一端接入陽極靶（鎢鈦等合金制成），另一端接入陰極和燈絲，在陽極和陰極兩端需要加上數十千伏至一百幾十千伏的直流（脈沖）高壓，當燈絲加熱陰極時，陰極板發出的自由電子便受超高壓電場的驅動形成高速電子流轟擊陽極靶，從而產生了介于紫外線和伽馬射線頻段之間的電磁波，也就是具有穿透許多物質能力的X射線，不過即使是同一型號的射線管也存在制作工藝上的差異，事實上X射線劑量大小或波長的長短只要通過調節控制電路，改變射線管的極間電壓、管電流（束流）、甚至燈絲溫度（熱電流）就可以達到。
另外X光管的結構和內部材料的品質對承受射線發生時伴隨的高溫和強沖擊也起到了重要的作用，而現代X射線發生管大多使用特殊陶瓷制造，因其機械強度，溫度耐受程度和加工難易度都優于玻璃產品。