karakteristieke straling is een soort energie-emissie die relevant is voor de productie van röntgenstralen. Deze energie-emissie gebeurt wanneer een snel bewegend elektron botst met een K-shell elektron, het elektron in de K-shell wordt uitgeworpen (op voorwaarde dat de energie van het invallende elektron groter is dan de bindende energie van K-shell elektron) achterlatend een ‘gat’. Een buitenschil elektron vult dit gat (van de L-shell, M-shell, enz. ) met een emissie van een enkel röntgenfoton, soms een karakteristiek foton genoemd, met een energieniveau dat gelijk is aan het energieniveau verschil tussen het buitenste en binnenste schil elektron betrokken bij de overgang.

in tegenstelling tot het continue spectrum van bremsstrahlungstraling wordt karakteristieke straling weergegeven door een lijnspectrum. Aangezien elk element een specifieke rangschikking van elektronen op een discreet energieniveau heeft, kan worden aangenomen dat de straling die uit dergelijke interacties wordt geproduceerd ‘kenmerkend’ is voor het betrokken element.

bijvoorbeeld, in een wolfraam doel elektronen overgangen van de L-shell naar de K-shell produceren x-stralen fotonen van 57,98 en 59,32 keV. De twee energieniveaus zijn het resultaat van het Pauli-uitsluitingsprincipe dat stelt dat geen twee deeltjes met een half geheel getal spin (zoals elektronen) in een atoom precies dezelfde energietoestand op hetzelfde moment kunnen innemen; daarom vertegenwoordigt de k-schaal twee verschillende energietoestanden, de l-schaal acht toestanden enzovoort.

wanneer een elektron (cascades) van de L-shell naar de K-shell valt, wordt de uitgezonden Röntgenstraal een K-Alfa-Röntgenstraal genoemd. Wanneer een elektron van de M-schaal naar de K-schaal valt, wordt de uitgezonden Röntgenstraal een K-beta-Röntgenstraal 1 genoemd. Echter, het is mogelijk om M-L overgangen en ga zo maar door, maar hun waarschijnlijkheid is zo laag dat ze veilig kunnen worden genegeerd.

elk element verschilt in nucleaire bindingsenergieën, en karakteristieke straling hangt af van de bindingsenergie van een bepaald element.

karakteristieke straling bestaat nooit in isolatie en de lijnspectra wordt meestal gesuperponeerd op de continue spectra van bremsstrahlung straling.