X射線晶體定向儀實際上就是一只在高壓下工作的真空二極管，它有兩個電極：一個是用于發射電子的燈絲，作為陰極，另一個是用于接受電子轟擊的靶材，作為陽極，它們被密封在高真空的玻璃或陶瓷外殼內。按照產生電子的方式，X射線管可分為充氣管和真空管兩類，根據密封材質不同，可分為玻璃管、陶瓷管和金屬陶瓷管；根據用途不同，可分為醫療X射線管和工業X射線管；根據密封方式不同，可分為開放式X射線管即在使用過程中需要不斷抽真空，密封式X射線管即生產X射線管時抽真空到一定程度后立即密封，使用過程中無需要再次抽真空。X射線管提供電部分至少包含有一個使燈絲加熱的低壓電源和一個給兩極施加高電壓的高壓發生器。當鎢絲通過足夠的電流使其發生電子云，且有足夠的電壓（千伏等級）加在陽極和陰極間、使得電子云被拉往陽極。