Оно основано на принципе преобразования рентгеновского изображения в электронное с последующим его превращением в усиленное световое. Рентгеновский ЭОП представляет собой вакуумную трубку.

Рентгеновские лучи, несущие изображение от просвечиваемого объекта, попадают на входной люминесцентный экран, где их энергия преобразуется в световую энергию излучения входного люминесцентного экрана. Далее фотоны, испускаемые люминесцентным экраном, попадают на фотокатод, преобразующий световое излучение в поток электронов. Под воздействием постоянного электрического поля высокого напряжения (до 25 кВ) и в результате фокусировки электродами и анодом специальной формы энергия электронов возрастает в несколько тысяч раз и они направляются на выходной люминесцентный экран.

Яркость свечения выходного экрана усиливается до 7 тысяч раз, по сравнению с входным экраном. Изображение с выходного люминесцентного экрана при помощи телевизионной трубки передается на экран дисплея. Применение ЭОУ позволяет различать детали величиной 0,5 мм, т.е. в 5 раз более мелкие, чем при обычном рентгеноскопическом исследовании. При использовании этого метода может применяться рентгенокинематография, т.е. запись изображения на кино- или видеопленку и оцифровывание изображения при помощи аналого-цифрового преобразователя.