Um ihre enorm energiereichen Röntgenpulse zu erzeugen, nutzt die Z-Maschine einen elektrmagnetischen Effekt, den sogenannten Z-Pinch. Er bewirkt, dass sich ein Plasma zusammenzieht, wenn es von starken Strömen durchflossen wird. Die dabei entstehende magnetische Lorenzkraft schnürt dann das Plasma zusammen und heizt es stark auf. Dieser Effekt lässt sich nutzen, um intensive Röntgenstrahlung für die Materialforschung zu erzeugen, aber auch für Experimente zur Kernfusion.
In der Mitte der Z-Maschine befindet sich eine Vakuumkammer von drei Meter Durchmesser, durch die in zylindrischer Anordnung rund 300 hauchdünne Wolframdrähte hindurchlaufen. Für den winzigen Bruchteil einer Sekunde wird ein starker Stromimpuls mit 20 Millionen Ampere durch diese Drähte geleitet. Die feinen Wolframdrähte verdampfen dadurch schlagartig und verwandeln sich in ein Plasma. Dieses wird durch den Z-Pinch-Effekt komprimiert und erhitzt dabei auch die Wand der Vakuumkammer. Dadurch setzt diese einen kurzen, aber intensiven Röntgenimpuls von 290 Terawatt Leistung frei. Ein Terawatt entspricht eine Milliarde Kilowatt.
Diese extrem starken Röntgenpulse sind eine wichtige Voraussetzung für Experimente zur Materialforschung, wie beispielsweise dem Verhalten von Substanzen unter extremen Druck- und Temperaturverhältnissen. Aber auch für Fusionsexperimente wird die Z-Machine eingesetzt. Dafür wird eine kleine Kapsel mit dem Fusionsbrennstoff aus Deuterium und Tritium in der Mitte der Vakuumkammer platziert. Durch den Strahlungsdruck des Röntgenpulses wird die Fusionskapsel für einen kurzen Moment auf einen Bruchteil ihrer ursprünglichen Größe zusammengepresst und stark aufgeheizt. Dies löst die Kernfusion der Wasserstoffisotope aus.
