Получив кафедру физики в Вюрцбургском университете (Бавария), Кундт взял с собой и своего ассистента. Переход в Вюрцбург стал для Рентгена началом «интеллектуальной одиссеи». В 1872 году он вместе с Кундтом перешел в Страсбургский университет и в 1874 году начал там свою преподавательскую деятельность в качестве лектора по физике. Через год Рентген стал полным (действительным) профессором физики Сельскохозяйственной академии в Гогенхейме (Германия), а в 1876 году вернулся в Страсбург, чтобы приступить там к чтению курса теоретической физики.
Кундту принадлежит заслуга создания большой школы физиков-экспериментаторов, к числу которых принадлежали и русские ученые, в том числе, и такие выдающиеся, как Петр Николаевич Лебедев. Эту школу пришлось после Кундта принять Рентгену. Вильгельм Рентген пользовался славой лучшего экспериментатора, так же, как и скромного человека. Он отклонял все предложения, в том числе и предложения дворянства и различных орденов, последовавшие за его открытием, а открытые им лучи до последних лет жизни называл «X-лучами» (тогда как весь мир уже называл их рентгеновскими).
Большой и цельный человек и в науке, и в жизни, В. Рентген ни в чем не изменял своим принципам. Решив после 1914 года, что он не имеет морального права во время войны жить лучше других людей, он передал все имевшиеся у него средства, до последнего гульдена, государству, и в конце жизни ему приходилось себе во многом отказывать. Так, чтобы в последний раз посетить те места в Швейцарии, где он некогда жил с недавно скончавшейся женой, он вынужден был почти на год отказаться от кофе.
В 1879 году Рентген был назначен профессором физики Гессенского университета, в котором он оставался до 1888 года, отказавшись от предложений занять кафедру физики последовательно в университетах Иены и Утрехта. В 1888 году он возвращается в Вюрцбургский университет в качестве профессора физики и директора Физического института, где продолжает вести экспериментальные исследования широкого круга проблем, в т. ч. сжимаемости воды и электрических свойств кварца.
В 1894 году, когда Pентген был избран ректором университета, он приступил к экспериментальным исследованиям электрического разряда в стеклянных вакуумных трубках.
8 ноября 1895 года в Вюрцбурге Рентген, работая с разрядной трубкой обратил внимание на такое явление: если обернуть трубку плотной черной бумагой или картоном, то на расположенном возле экране, смоченном платино-синеродистым барием, наблюдается флуоресценция. Рентген понял, что флуоресценция вызывается каким-то излучением, возникающем в том месте в разрядной трубке, на которое попадают катодные лучи. Теперь мы знаем, что катодные лучи – это вырывающиеся из катода электроны; налетая на препятствие, они резко тормозятся, и это приводит к излучению электромагнитных волн, частота которых значительно больше, чем у волн оптического диапазона.
Открытие Рентгена радикально изменило представления