В плазме можно возбудить так называемое характеристическое рентгеновское излучение с нижних оболочек атомов в виде коротких импульсов, длительностью порядка 500 фс. Такой сверхкороткий рентгеновский источник очень важен для диагностики быстропротекающих процессов.

Однако, чтобы возбудить эти оболочки, нужны электроны высокой энергии, так как характеристическое излучение имеет энергию кванта в несколько электронвольт (несколько ангстрем длина волны). Электроны с такой энергией возникают во время взаимодействия лазерного импульса с плазмой. Существуют несколько механизмов генерации быстрых электронов – резонансное поглощение, вакуумный нагрев или ускорение электронов под действием светового давления.

Для использования характеристического рентгеновского излучения при исследовании быстропротекающих процессов необходимо достаточно большое количество рентгеновских квантов. Увеличения выхода такого излучения добиваются использование кластерных мишеней, наноструктурированных мишеней, а также с помощью изменения временного профиля фемтосекундного лазерного импульса.