晶體是原子或原子組的週期排列，可以抽象為週期結構的點陣。從不同角度看去，點陣將會出現一系列晶面，比如下圖中畫出了2個晶面。注意，不同晶面的面間距是不同的。這些晶面對X射線來說構成一系列反射面（因為X射線波長足夠短；普通光波波長太長，“看不到”晶面反射面）。X射線入射晶體後，不同深度晶面反射的一系列X射線有相位差，發生干涉，只有在某個特定角度，干涉將使反射的X射線極強。具體來說就是布拉格條件，就是下圖中那個式子，它要求晶面間距、X射線入射角度、X射線波長、（以及晶體折射率）滿足特定關係。測試樣本時，我們預先知道了X射線波長、晶體折射率，透過轉動樣本，尋找使出射X射線最強的角度，這種角度透過會有離散的若干個。我們就能判斷晶體存在一系列晶面，並計算它們的晶面間距。然後反推晶體結構。下面是網上找的一個X射線衍射圖，注意橫軸就是角度，縱軸是X射線衍射有多強。

必須具備三個基本條件：首先應有一個電子源,能根據需要隨時提供足夠數量的電子；其次應有能夠獲得高速電子流；第三要有一個能夠經受高速電子撞擊而產生X射線的靶.