當給X射線管的燈絲通以電流，使其加熱到白熾狀態時，燈絲表面就發射出自由電子。與此同時，在X射線管的兩端加上數十千伏以上的高壓電（陽極為正，陰極為負），使X射線管內形成了強電場，它將迫使燈絲表面及其附近的電子飛出陰極，并以極大的加速度流向陽極，當其碰撞到陽極靶時，電子被突然阻止運動，而失去他們的動能，約99%的動能轉變為熱能，而1%左右的動能轉變為X射線。
 由陰極燈絲流向陽極的自由電子形成了一束電子流，稱為管電流。管電流的大小取決于燈絲發射出的自由電子數量，由陰極流向陽極的電子越多，則管電流越大，單位時間內撞擊陽極靶的電子越多，則相應時間內產生的X射線光量子也越多，即X射線的強度越大。燈絲發射出自由電子的數量取決于燈絲的溫度，燈絲的溫度越高，則發射出的電子越多，燈絲加熱是由燈絲變壓器供給的。通過控制調節來改變燈絲變壓器的電壓，即改變燈絲的加熱電流，達到調節管電流的目的。
 調節管電流，可改變X射線強度，只要管電壓不變，不管X射線強度的高低，X射線的波長分布則保持恒定不變。
 加在X射線管陽、陰極兩端的電壓稱為管電壓，它能建立強電場，控制自由電子的動能。管電壓越高，撞擊陽極靶的電子動能越大，產生X射線的能量就越高，其波長就越短，穿透物質的能力則越強。
 管電壓是由高壓變壓器供給的，通常高壓變壓器的二次繞組與X射線管兩極相連；一次繞組經過調壓器（或晶閘管調壓）與電源相連。通過控制調節一次電壓，從而改變二次電壓，達到調節管電壓的目的。
 隨著管電壓的提高，流向陽極電子速度加快，單位時間內達到陽極靶面的電子數量增多，產生X射線的強度也相應地提高。但提高管電壓的目的，主要是為了獲得高能量即短波長的X射線，以提高其穿透物質的能力。