radiația caracteristică este un tip de emisie de energie relevantă pentru producerea de raze X. Această emisie de energie se întâmplă atunci când un electron cu mișcare rapidă se ciocnește cu un electron k-shell, electronul din carcasa K este ejectat (cu condiția ca energia electronului incident să fie mai mare decât energia de legare a electronului k-shell) lăsând în urmă o ‘gaură’. Un electron exterior umple această gaură (din carcasa L, carcasa M etc. ) cu o emisie a unui singur foton cu raze X, numit uneori un foton caracteristic, cu un nivel de energie echivalent cu diferența de nivel de energie dintre electronul exterior și cel interior implicat în tranziție.spre deosebire de spectrul continuu al radiației bremsstrahlung, radiația caracteristică este reprezentată de un spectru de linie. Deoarece fiecare element are un aranjament specific de electroni la nivel de energie discretă, atunci se poate aprecia că radiația produsă din astfel de interacțiuni este ‘caracteristică’ elementului implicat.

de exemplu, într-o țintă de tungsten, tranzițiile de electroni de la învelișul L la învelișul K produc fotoni cu raze X de 57,98 și 59,32 keV. Cele două niveluri de energie sunt ca urmare a principiul excluderii Pauli care afirmă că nu există două particule de spin jumătate întreg (cum ar fi electronii) într-un atom poate ocupa exact aceeași stare de energie în același timp; prin urmare, k-shell reprezintă două stări de energie diferite, L-shell opt stări și așa mai departe.

când un electron cade (cascade) de la învelișul L la învelișul K, raza X emisă se numește raze X K-alfa. În mod similar, atunci când un electron cade de la M-shell la K-shell, raza X emisă se numește K-beta x-ray1. Cu toate acestea, este posibil să existe tranziții M-L și așa mai departe, dar probabilitatea lor este atât de scăzută încât pot fi ignorate în siguranță.

fiecare element diferă în energiile de legare nucleară, iar radiația caracteristică depinde de energia de legare a unui anumit element.

radiația caracteristică nu există niciodată izolată și spectrele de linie sunt de obicei suprapuse spectrelor continue ale radiației bremsstrahlung.