La radiación característica es un tipo de emisión de energía relevante para la producción de rayos X. Esta emisión de energía ocurre cuando un electrón en movimiento rápido choca con un electrón de la capa K, el electrón en la capa K es expulsado (siempre que la energía del electrón incidente sea mayor que la energía de unión del electrón de la capa K) dejando un ‘agujero’. Un electrón de la capa exterior llena este agujero (de la capa L, de la capa M, etc.). ) con una emisión de un único fotón de rayos X, a veces llamado fotón característico, con un nivel de energía equivalente a la diferencia de nivel de energía entre el electrón de la capa externa e interna involucrado en la transición.

A diferencia del espectro continuo de radiación bremsstrahlung, la radiación característica está representada por un espectro lineal. Como cada elemento tiene una disposición específica de electrones a un nivel de energía discreto, entonces se puede apreciar que la radiación producida a partir de tales interacciones es «característica» del elemento involucrado.

Por ejemplo, en un objetivo de tungsteno, las transiciones de electrones de la capa L a la capa K producen fotones de rayos X de 57,98 y 59,32 keV. Los dos niveles de energía son el resultado del principio de exclusión de Pauli, que establece que no hay dos partículas de espín medio entero (como electrones) en un átomo que puedan ocupar exactamente el mismo estado de energía al mismo tiempo; por lo tanto, la capa K representa dos estados de energía diferentes, la capa L ocho estados y así sucesivamente.

Cuando un electrón cae (cae en cascada) de la capa L a la capa K, el rayo X emitido se denomina rayo X K-alfa. De manera similar, cuando un electrón cae de la capa M a la capa K, el rayo X emitido se llama rayo x K-beta 1. Sin embargo, es posible tener transiciones M-L, etc., pero su probabilidad es tan baja que se pueden ignorar de forma segura.

Cada elemento difiere en energías de unión nuclear, y la radiación característica depende de la energía de unión del elemento en particular.

La radiación característica nunca existe de forma aislada y los espectros de línea generalmente se superponen a los espectros continuos de la radiación bremsstrahlung.