الأشعة السينية أو أشعة رونتجن نسبة إلى مكتشفها، هي أشعة كهرومغناطيسية كالضوء، و لكن بطول موجة أقصر بكثير، حيث يتراوح تقريباً بين 5×10-9 - 6×10-12 متر.

إنها تنتج عندما يصطدم تيار من الالكترونات المعجلة بشئ مادي. ذرات جميع العناصر تبعث طيف خاص بها من الأشعة السينية عندما تقصف بإلكترونات، كنتيجة لإزاحة و انفصال إلكترونات المدارات الداخلية بواسطة الالكترونات القاصفة. عندها إلكترون خارجي يسقط إلى المدار الداخلي ليحل محل الالكترون المزاح، فاقداً طاقة وضع E∆، هي فرق الطاقة بين المدارين.

و لأن الترتيب الالكتروني و مستويات الطاقة تختلف و تميّز كل عنصر، فإن الفروق بينها خاصة لكل عنصر أيضاً. و بالتالي فإن طيف الانبعاث للأشعة السينية هو مميز لكل عنصر. كما بصمات الأصابع لكل واحد منا.

الأشعة السينية تؤثر في الألواح الفوتوغرافية بنفس طريقة تأثير الضوء المرئي. إمتصاص المادة للأشعة يعتمد على الكثافة و الكتلة الذرية النسبية لها. الكتلة الذرية النسبية و الكثافة الأقل، تعني شفافية أكثر لتلك المادة بالنسبة للأشعة السينية. لذا، نجد العظام أكثر عتامة من الأنسجة المحيطة بها، مما يجعل من الممكن أخذ صورة فوتوغرافية لعظام شخص حي.

أكتشف رونتجن هذه الأشعة عام 1895 ، و لكن ظلت بعد ذلك لمدة سبعة عشر عاماً و لم يعرف أحد هل هي جسيمات أم موجات. في عام 1912 ، فكرة ذكية لامعة من فون لاو (1879-1960) حلّت المشكلة. لقد تخيل إمكانية استعمال بللورة كمحزوز للحيود ثلاثي الأبعاد و إجراء تجربة لتمرير شعاع دقيق من الأشعة السينية على بللورة من كبريتات النحاس، و قد أظهرت شكلاً للحيود يدل على الطبيعة الموجية لهذه الأشعة. و بالإضافة إلى إجابة و حل المشكلة، فقد ولّدت تلك الفكرة و التجربة موضوعاً جديداً هو X-ray crystallography.

نتيجة لخواصها و سلوكها في تفاعلها مع المواد كان للأشعة السينية تطبيقات و استعمالات عديدة طبية و صناعية و أمنية و علمية ، و لها تأثيرات ضارة أيضاً