Вильгельм Рентген всего этого не знал, но он заметил, что X-лучи легко проходят через непрозрачные для света слои вещества и способны вызывать флуоресценцию экранов и почернение фотопластинок. Он понял, что это открывало невиданные ранее возможности, особенно в медицине. Лучи Рентгена, позволявшие увидеть то, что прежде было невидимым, произвели на его современников сильнейшее впечатление. По научной и прикладной значимости (от уже упоминавшейся медицины до физики сред, в частности, кристаллов), рентгеновские лучи стали неоценимо важными, но, может быть, не менее важным было и то, что они качественно обогатили наши представления о материи.
Первым человеком, кому Рентген продемонстрировал свое открытие, была его жена Берта. Именно снимок ее кисти, с обручальным кольцом на пальце, был приложен к статье Рентгена «О новом роде лучей», которую он 28 декабря 1895 года направил председателю Физико-медицинского общества университета. Статья была быстро выпущена в виде отдельной брошюры, и Рентген разослал ее ведущим физикам Европы.
20 января 1896 года американские врачи с помощью лучей Рентгена уже впервые увидели перелом руки человека. Его опыты были повторены почти во всех лабораториях мира. В Кембридже Д. Д. Томсон применил ионизирующее действие рентгеновских лучей для изучения прохождения электричества через газы. Его исследования привели к открытию электрона.
Вильгельм Рентген был первым лауреатом Нобелевской премии в 1901 году по физике «в знак признания исключительных услуг, которые он оказал науке открытием замечательных лучей, названных впоследствии в его честь».
Ученый не стал брать патент на свое открытие, отказался от почетной, высокооплачиваемой должности члена академии наук, от кафедры физики в Берлинском университете.
В 1872 году Рентген вступил в брак с Анной Бертой Людвиг, дочерью владельца пансиона, которую он встретил в Цюрихе, когда учился в Федеральном технологическом институте. Не имея собственных детей, супруги в 1881 году удочерили шестилетнюю Берту, дочь брата Рентгена.
Скромному, застенчивому Рентгену глубоко претила сама мысль о том, что его персона может привлекать всеобщее внимание. Он любил бывать на природе, много раз посещал во время отпусков Вейльхайм, где совершал восхождения на соседние баварские Альпы и охотился с друзьями.
Вильгельм Конрад Рентген умер 10 февраля 1923 года от рака внутренних органов.
Помимо Нобелевской премии Рентген был удостоен медали Румфорда Лондонского королевского общества, золотой медали Барнарда за выдающиеся заслуги перед наукой Колумбийского университета, и состоял почетным членом и членом-корреспондентом научных обществ многих стран.