固定阳极X射线管是常用X射线管中最简单的一种，其结构由阳极、阴极和固定两极并保持玻璃管内高真空的玻璃壳等三部分组成。

阳极由阳极头、阳极帽、玻璃圈和阳极柄构成。阳极的主要作用使由阳极头的靶面（一般选用钨靶）阻挡高速运动的电子流而产生X射线，并将由此产生的热量辐射或者通过阳极柄传导出去，同时也吸收二次电子和散乱射线。钨合金X射线管工作中产生X射线仅仅利用了不到高速运动电子流1%的能量，因此散热是X射线管很重要的问题。阴极主要由灯丝、聚焦罩（或者称为阴极头）、阴极套和玻璃芯柱等组成。轰击阳极靶的电子束，就是靠热阴极的灯丝（一般都是钨丝）发射出来，在钨合金X射线管高电压加速下经聚焦罩（阴极头）聚焦形成的。高速运动的电子束撞击阳极靶而突然受阻则产生了某段能量连续分布的X射线（其中并有反映阳极靶金属的特征X射线）。