Felfedezését Röntgen egy hónap múlva publikálta, újabb egy hónappal később, 1896. január 10-én pedig a francia akadémián ismertették, ahol egy emberi kéz és egy béka átvilágított képét is bemutatták. Röntgen felfedezéséért 1901-ben elsőként kapta meg a fizikai Nobel-díjat. A sugarat kezdetben a csonttörések és idegen testek felkutatásánál használták, de gyorsan elterjedt a műtéti beavatkozásoknál is, első alkalommal James Adams glasgow-i sebész operált 1897-ben ily módon vesekövet. Hamarosan kiderült, hogy az emberi test sugárelnyelése alapján négy fokozatot lehet megkülönböztetni: a csontok elnyelése a legnagyobb, így ezek árnyéka a legélesebb, a második a bélrendszer, ahol a víztartalom a meghatározó, ezt követik az izmok, illetve a bennük levő zsírtartalom, a legkevesebb sugárzást a tüdő nyeli el a benne levő levegő miatt.
Röntgen azt feltételezte, hogy az X-sugarak a fényhez hasonló természetűek, mivel a mágneses tér nem térítette ki őket útjukból. Évekig kísérletezett hiába, hogy a fénytörés és a visszaverődés jelenségét kimutassa rajtuk, a diffrakciót végül 1912-ben a szintén Münchenben tanító Max von Laue elméleti feltételezése alapján munkatársai, Friedrich és Knipping mutatták ki kristályrács segítségével. (Ezért Laue kapott Nobel-díjat, 1914-ben. Fél évszázaddal később a röntgensugárral kapcsolatban ismét Nobel-díjat ítéltek oda Allan M. Cormacknek és Godfrey Newbold Hounsfieldnek, akik kidolgozták a komputertomográf matematikai modelljét, ez teszi lehetővé rétegfelvételek készítését, mintegy metszetekben vizsgálva az emberi szervezetet.)
Strasbourgi évei alatt Röntgen a gázok fajhőjét tanulmányozta, Giessenben és Würzburgban az összenyomhatóságra, a belső súrlódásra és a felületi feszültségre vonatkozó írásai jelentek meg. A tudós 1920-ban vonult nyugdíjba és 1923. február 10-én halt meg. A szigetelők elektromos térben való mozgatásakor keletkező röntgenáram is az ő nevét viseli, miként a 111-es rendszerszámú elem, a roentgenium is.
