Na produção de raios X característicos, quando um elétron incidente colide com um elétron orbital das camadas mais internas (K ou L), a vacância gerada é preenchida por um elétron de camada mais externa, liberando energia na forma de radiação com comprimento de onda específico do material do ânodo.

O espectro de radiação de frenamento (Bremsstrahlung) apresenta picos discretos de energia que correspondem às transições eletrônicas entre as camadas atômicas do material do ânodo, sendo sua intensidade diretamente proporcional ao número atômico do material.

A eficiência na produção de raios X característicos é maior quando os elétrons acelerados possuem energia cinética igual à energia de ligação dos elétrons orbitais da camada K do material do ânodo, maximizando assim a produção total de radiação ionizante.

Os raios X de frenamento são produzidos quando elétrons em alta velocidade passam próximos aos núcleos atômicos do ânodo e são completamente freados, convertendo toda sua energia cinética em um único fóton de raios X com energia máxima.

Na colisão dos elétrons com o ânodo, a produção de raios X característicos ocorre predominantemente através do processo de interação Compton, onde o elétron incidente transfere parte de sua energia para o elétron orbital, resultando na emissão de um fóton característico.