固定陽極X射線管是常用X射線管中較簡單的一種，其結構由陽極、陰極和固定兩極并保持玻璃管內高真空的玻璃殼等三部分組成。

陽極由陽極頭、陽極帽、玻璃圈和陽極柄構成。陽極的主要作用使由陽極頭的靶面（一般選用鎢靶）阻擋高速運動的電子流而產生X射線，并將由此產生的熱量輻射或者通過陽極柄傳導出去，同時也吸收二次電子和散亂射線。鎢合金X射線管工作中產生X射線僅僅利用了不到高速運動電子流1%的能量，因此散熱是X射線管很重要的問題。陰極主要由燈絲、聚焦罩（或者稱為陰極頭）、陰極套和玻璃芯柱等組成。轟擊陽極靶的電子束，就是靠熱陰極的燈絲（一般都是鎢絲）發射出來，在鎢合金X射線管高電壓加速下經聚焦罩（陰極頭）聚焦形成的。高速運動的電子束撞擊陽極靶而突然受阻則產生了某段能量連續分布的X射線（其中并有反映陽極靶金屬的特征X射線）。