X射线照射到物质上会产生散射，晶态物质由于结构上具有一定的周期性，会对X 射线产生的相干散射，即衍射现象。绝大多数固态物质都是晶态或微晶态或准晶态物质，都能产生 X 射线衍射。晶体的 X 射线衍射图是晶体微观结构立体场景的一种物理变换，包含了晶体结构的全部信息。 XRD是目前研究晶体结构(如原子或离子及其基团的种类和位置分布，晶胞，形状和大小等)最有力的方法。XRD特别适用于晶态物质的物相分析。晶态物质组成元素或基团如不相同或其结构有差异，它们的衍射谱图在衍射峰数目、角度位置、相对强度次序以至衍射峰的形状上就显现出差异。因此，通过样品的 X 射线衍射图与已知的晶态物质的 X 射线衍射谱图的对比分析便可以完成样品物相组成和结构的定性鉴定；通过对样品衍射强度数据的分析计算，可以完成样品物相组成的定量分析；另外，XRD 还可以测定材料中晶粒的大小或其排布取向（即材料的织构）等。

由于X射线衍射信号是对晶体周期性结构的相应，所以X射线衍射给出的结果是物相而不是物质种类。不同的元素可能组成相同的物相，仅仅使用XRD数据是无法确定元素种类的。对于未知物质的元素组成分析，可以使用X射线荧光（XRF）仪，理学的XRF仪器可以在很大精度上区分从B到U的全部元素。

不同的靶，其特征波长不同。衍射角（又常称为 Bragg 角或2θ角）决定于实验使用的波长（Bragg 方程）。使用不同的靶也就是所用的 X 射线的波长不同，根据 Bragg 方程，某一间距为 d 的晶面族其衍射角将不同, 各间距值的晶面族的衍射角将表现出有规律的改变。因此，使用不同靶材的X射线管所得到的衍射图上的衍射峰的位置是不相同的，衍射峰位置的变化是有规律的。 而一种晶体自有的一套d值是其结构固有的、可以作为该晶体物质的标志性参数。因此，不管使用何种靶材的 X 射线管，从所得到的衍射图获得的某样品的一套d值，与靶材无关。衍射图上衍射峰间的相对强度主要决定于晶体的结构，但是由于样品的吸收性质也和入射线的波长有关。因此同一样品用不同靶所取得的图谱上衍射峰间的相对强度会稍有差别，与靶材有关。

用XRD的峰位即衍射角，通过对比卡片就可以确定物相。 对单晶,峰宽就代表了结晶的好坏,多晶还跟晶粒的大小有关。 一般各峰的相对高度比较有参考价值,反映的是晶体取向度和织构的信息。