一、基本原理：當一束單色X射線投射到晶體上，晶格中原子散射的電磁波互相干涉和相互疊加，在某一方向得到加強或抵消的現象，稱為衍射。相應的方向稱為衍射方向。晶體衍射X射線的方向與構成晶體的晶胞大小、形狀及入射的X射線波長有關。
衍射光的強度與晶體內原子的類型和晶胞內原子的位置有關，所以，從衍射光束的方向和強度看，每種晶體都有自己特征的衍射圖。晶體的晶面間距符合布拉格（Bragg）方程 ，式中n為整數，λ為X射線波長，θ為衍射角。
二、應用：單晶衍射主要用于分子量和晶體結構的測定，粉末衍射用于結晶藥物的鑒別、晶型的檢查和含量測定。