粉末樣品經一束平行的單色 X射線垂直照射后，產生一組以入射線為軸的同軸反射圓錐面族，計數管繞樣品旋轉,依次測量各反射圓錐面角，位置的衍射線強度，即可獲得表征物相的各種衍射數據，從而進行物相鑒定和晶體結構的研究。當X射線或電子流與物質相遇產生散射時，X射線衍射儀主要是以原子中的電子作為散射中心，因而散射本領隨物質的原子序數的增加而增加，并隨衍射角的增加而降低。中子流不帶電，與物質相遇時，主要與原子核相互作用，產生各向同性的散射，且散射本領和物質的原子序數無一定的關系。中子的磁矩和原子磁矩，即電子和原子核的自旋磁矩和軌道磁矩的總和，有相互作用，其散射振幅隨原子磁矩的大小和取向而變化。
體現在圖譜上就是具有不同的衍射強度的衍射峰，對于非晶體材料，由于其結構不存在晶體結構中原子排列的長程有序，只是在幾個原子范圍內存在著短程有序。在近完整晶體中，缺陷、畸變等體現在Ｘ射線譜中只有幾十弧秒，而半導體材料進行外延生長要求晶格失配要達到10-4或更小。這樣精細的要求使雙晶Ｘ射線衍射技術成為近代光電子材料及器件研制的*丈量儀器，以雙晶衍射技術為基礎而發展起來的四晶及五晶衍射技術（亦稱為雙晶衍射），已成為近代Ｘ射線衍射技術取得突出成就的標志。但X射線衍射儀的第二晶體與*晶體是同種晶體，否則會發生色散。
