Minat yang besar untuk
mendalami penelitian sinar katoda mendorong Roentgen mempersiapkan fasilitas
untuk penelitian tersebut. Dalam suatu laboratorium yang luas, Roentgen
memasang sebuah kumparan Ruhmkorff yang dilengkapi interuptor sehingga dapat
membangkitkan bunga api listrik sepanjang 10-15 cm. Roentgen juga melengkapi
peralatannya dengan tabung Hittorf-Crookes (tabung pelucutan), beberapa tabung
Lenard, dan sebuah tabung yang baru diterima dari Muller-Unkel. Peralatan lain
berupa pompa vakum Rap untuk menghampakan tabung-tabung tersebut.
Sinar-X diamati pertama
kali oleh Roentgen pada 8 Nopember 1895, pada saat ia sedang bekerja dengan
tabung Crookes di laboratoriumnya di Universitas Wurzburg. Dia mengamati nyala
hijau pada tabung yang sebelumnya menarik perhatian Crookes. Roentgen
selanjutnya mencoba menutup tabung itu dengan kertas hitam agar tidak ada
cahaya tampak yang dapat lewat. Namun, ternyata masih sinar tidak tampak yang
lewat.
Saat Roentgen menyalakan
sumber listrik tabung untuk penelitian sinar katoda, ia mendapatkan ada sejenis
cahaya berpendar pada layar yang terbuat dari barium platinosianida. Jika
sumber listrik dipadamkan maka cahaya pendar pun hilang. Roentgen segera
menyadari bahwa sejenis sinar yang tidak kelihatan telah muncul dari dalam
tabung sinar katoda. Karena sebelumnya tidak pernah dikenal maka sinar ini
diberi nama sinar-X. Untuk menghargai jasanya, sinar itu dinamakan juga sinar
Roentgen.
Nyala hijau yang terlihat
oleh Crookes dan Roentgen ternyata merupakan gelombang cahaya yang dipancarkan
oleh dinding kaca tabung sewaktu elektron menabrak dinding itu. Pada saat yang
bersamaan, elektron itu merangsang atom pada kaca untuk mengeluarkan gelombang
elektromagnetik yang panjang gelombangnya sangat pendek, dalam bentuk sinar-X.
Sejak saat itu, para ahli fisika mengetahui bahwa sinar-X dapat dihasilkan bila
elektron dengan kecepatan yang sangat tinggi menabrak atom.
Tergiur oleh penemuannya
yang tidak sengaja itu, Roentgen menyisihkan penyelidikan-penyelidikan lain dan
memusatkan perhatiannya pada penyelidikan sinar-X. Dalam mempelajari sinar yang
baru ditemukannya itu, Roentgen mendapatkan bahwa jika bahan yang tidak tembus
oleh cahaya ditempatkan di antara tabung dan layar pendar, maka intensitas
perpendaran pada layar itu berkurang, namun tidak hilang sama sekali. Hal ini
menunjukkan bahwa sinar itu dapat menerobos bahan yang tidak tembus oleh cahaya
biasa (cahaya tampak). Di samping itu, Roentgen juga bisa melihat bayangan
tulang tangannya pada layar yang berpendar dengan cara menempatkan tangannya di
antara tabung sinar katoda dan layar. Ia juga menemukan sinar-X dapat
memendarkan berbagai senyawa kimia lain seperti senyawa calsium, kaca uranium,
kalsit, serta batu garam. Hal lain yang dibuktikannya adalah sinar-X bukan
partikel bermuatan karena berjalan melintasi garis lurus, tidak dibelokkan oleh
medan listrik maupun medan magnet.
Percobaan lainnya yang
dilakukan oleh Roentgen adalah dengan meminta istrinya sendiri menjadi objek
percobaan. Dengan memasang film fotografi di dalam kaset dan menempatkan tangan
istrinya di antara kaset dan tabung sinar katoda, pada film akhirnya tercetak
ruas-ruas tulang telapak tangan Ny. Roentgen yang memakai cincin. Setelah
berbagai percobaan dilakukannya, pada 28 Oktober 1895, ia menyampaikan karya
tulis ilmiahnya yang pertama tentang penemuan sinar-X itu pada perkumpulan
fisika kedokteran di Wurzburg.
Karya tulis ilmiah yang
kedua tentang penemuan sinar-X diserahkan kepada Komisi Redaksi Perkumpulan Fisika
Kedokteran pada 9 Maret 1896. Sebelumnya, pada 3 Maret 1896, Universitas
Wurzburg mengangkatnya menjadi doktor kehormatan dalam ilmu kedokteran,
meskipun pada waktu itu belum banyak orang yang menaruh harapan terhadap
aplikasi praktis sinar-X dalam bidang kedokteran. Pada Nopember 1896, Roentgen
mempresentasikan hasil penemuannya itu di depan perkumpulan fisika kedokteran
Universitas Wurzburg.
Tanggapan terhadap
penemuan sinar-X datang dari berbagai penjuru dunia. Dalam peringatan hari
ulang tahun Univeristas Berlin yang ke-50 dipamerkan hasil penemuan Roentgen.
Berbagai penghargaan internasional juga diterima oleh Roentgen, seperti Rumford
Medal dari Royal Society di London pada 1896, medali dari Franklin Institute di
Philadelphia dan medali dari kerajaan Italia. Penghargaan juga datang dari
Kaisar Wilhelm II yang pada saat itu memerintah Jerman. Undangan untuk
memamerkan hasil penemuannya itu datang pada 13 Januari 1896. Pada kesempatan
itu, Roentgen dianugerahi Bintang Orde Mahkota Prusia Kelas II. Pengakuan
internasional ditandai dengan dianugerahkannya hadiah Nobel bidang fisika pada
1901 (enam tahun setelah penemuan) kepada W.C. Roentgen. Ini merupakan hadiah
Nobel yang pertama kali diberikan dalam bidang fisika.
