karakteristisk stråling er en type energiemission, der er relevant for Røntgenproduktion. Denne energiemission sker, når en hurtig bevægende elektron kolliderer med en K-shell-elektron, elektronen i K-skallen skubbes ud (forudsat at energien fra den indfaldende elektron er større end den bindende energi fra K-shell-elektron), der efterlader et ‘hul’. En ydre skalelektron fylder dette hul (fra L-skallen, M-skallen osv. ) med en emission af en enkelt røntgenfoton, undertiden kaldet en karakteristisk foton, med et energiniveau svarende til energiniveauforskellen mellem den ydre og indre skalelektron involveret i overgangen.

i modsætning til det kontinuerlige spektrum af bremsstrahlung-stråling er karakteristisk stråling repræsenteret af et linjespektrum. Da hvert element har et specifikt arrangement af elektroner på diskret energiniveau, kan det forstås, at strålingen produceret fra sådanne interaktioner er ‘karakteristisk’ for det involverede element.

for eksempel producerer i en tungsten-målelektronovergange fra L-skallen til K-skallen røntgenfotoner på 57,98 og 59,32 kev. De to energiniveauer er som et resultat af Pauli-udelukkelsesprincippet, der siger, at ingen to partikler med halvt heltal spin (såsom elektroner) i et atom kan optage nøjagtig den samme energitilstand på samme tid; derfor repræsenterer K-shell to forskellige energitilstande, L-shell otte tilstande og så videre.

når en elektron falder (kaskader) fra L-skallen til K-skallen, kaldes røntgenstrålen en K-alpha røntgen. Tilsvarende, når en elektron falder fra M-skallen til K-skallen, kaldes røntgenstrålen en K-beta røntgenstråle1. Det er dog muligt at have M-L overgange og så videre, men deres sandsynlighed er så lav, at de sikkert kan ignoreres.

hvert element adskiller sig i nukleare bindingsenergier, og karakteristisk stråling afhænger af bindingsenergien for et bestemt element.

karakteristisk stråling eksisterer aldrig isoleret, og linjespektraerne er normalt overlejret på de kontinuerlige spektre af bremsstrahlung-stråling.