A radiografia de uma pintura, como todas as outras radiografias, sejam elas de obras de arte ou não, aproveita o facto de um feixe paralelo de raios X, de determinado comprimento de onda ou energia, ser parcialmente absorvido ao atravessar uma lâmina de um certo material e, por consequência, o feixe emergente ser menos intenso do que o incidente. Esta diferença, que traduz a opacidade aos raios X, depende da espessura, massa específica (densidade) e número atómico dos elementos do material, sendo tanto maior quanto maiores forem tais grandezas. Um objecto colocado entre a fonte de radiação e uma película radiográfica origina, deste modo, uma imagem nesta, em cinzentos, que está relacionada com a variação da opacidade aos raios X naquele objecto, devida à diversa qualidade e quantidade dos vários materiais empregues, correspondendo as manchas mais claras da radiografia às zonas de maior atenuação dos raios X.
No particular caso da pintura, afinal o principal campo de aplicação dos raios X às obras de arte, esta imagem permite, por exemplo, averiguar algumas características do suporte, detectar sobreposições de motivos e alterações, reconstituir os movimentos dos pincéis e a tensão por eles transmitida ou distinguir a natureza dos pigmentos e, a partir daqui, abordar uma série de outros problemas que variam com as circunstâncias.