As duas grafias, com ou sem hífen, estão corretas, a diferença está na semântica. Usamos raio X quando nos referimos ao «raio Roentgen». Este é a «radiação eletromagnética de comprimento de onda compreendido, aproximadamente, ente 10-11 e 10-8 cm» (Dicionário Eletrônico Houaiss) e é capaz de atravessar quase todos os sólidos e radiografá-los inteiramente. Já raio-X, com hífen, é a fotografia ou o exame feito por meio de raio X (Grande Dicionário Sacconi da Língua Portuguesa ). ¹

¹Veja-se o blogue Assim mesmo, onde se debate o assunto.