X射線是一種高能光子，在電磁輻射譜中處於高頻、短波長的一端。

X射線在電磁波譜中的位置。

根據光學裡面的分辨本領（瑞利判據），如果我們要分辨0.1nm的物質結構，我們就必須用短於0.1nm波長的光去做觀測，否則由於光的波動性，相鄰0.1nm物質結構成像形成的衍射峰會由於過於彌散而重疊在一起導致無法區分。

左圖對應波長較短的光照射在距離很近的兩個點上，由於光的波動性，這兩個點的成像會彌散開來，波長越短彌散開的趨勢越小，左圖對應的就是可以分辨的情形。最右圖由於波長太長（或兩個點靠的太近），衍射的峰完全重疊在一起了，我們就無從判斷兩點的距離了。中間圖對應的是瑞利判據，即剛剛可以分辨出來有兩個峰。這個條件大致對應光波波長等於兩點之間距離。

如果我們仔細觀察過水波現象的話，這個道理並不難理解，比如我們想用水波給放在“水槽”裡的障礙物成像的話，我們必須用波長比障礙物短的波去入射。設想在水裡有一條遊船，水波的波長比遊船的長度小，水波入射到遊船上的時候，遊船的長度，可以從水波被遊船反射或透射的振幅很直觀地構建起來。

但假如我們是觀測水裡插著的一根蘆葦，蘆葦的直徑遠小於水波的波長，當水波照射到蘆葦上時，根據惠更斯原理，蘆葦上的每個點都是新的波源，由於水波波長遠大於蘆葦的尺寸，以蘆葦上不同點為圓心，水波波長為半徑畫出來的圓很難區分，即我們很難由穿過蘆葦後的水波去重構蘆葦的樣子。

最左：水波波長遠小於障礙物，無法根據水波穿越障礙物後的振幅重構障礙物的結構。

現在回到物質的結構，我們知道物質一般由原子構成，原子和原子間的間距是1埃（0.1nm）左右，如果我們要透過光被1埃左右物質結構散射所獲得的資訊來重構物質結構的話，我們就必須使用短於0.1nm的光入射，這個頻段的光對應的是硬X射線。

根據普朗克公式，這樣的光子的能量是：

即需要至少1.24萬電子伏的X射線才可以。