X射線照射到物質(zhì)上將產(chǎn)生散射。晶態(tài)物質(zhì)對x射線衍射儀產(chǎn)生的相干散射表現(xiàn)為衍射現(xiàn)象，即入射光束出射時光束沒有被發(fā)散但方向被改變了而其波長保持不變的現(xiàn)象，這是晶態(tài)物質(zhì)特有的現(xiàn)象。

 

    絕大多數(shù)固態(tài)物質(zhì)都是晶態(tài)或微晶態(tài)或準晶態(tài)物質(zhì)，都能產(chǎn)生X射線衍射。晶體微觀結(jié)構(gòu)的特征是具有周期性的長程的有序結(jié)構(gòu)。晶體的X射線衍射圖是晶體微觀結(jié)構(gòu)立體場景的一種物理變換，包含了晶體結(jié)構(gòu)的全部信息。用少量固體粉末或小塊樣品便可得到其X射線衍射圖。

 

    x射線衍射儀特別適用于晶態(tài)物質(zhì)的物相分析。晶態(tài)物質(zhì)組成元素或基團如不相同或其結(jié)構(gòu)有差異，它們的衍射譜圖在衍射峰數(shù)目、角度位置、相對強度次序以至衍射峰的形狀上就顯現(xiàn)出差異。因此，通過樣品的X射線衍射圖與已知的晶態(tài)物質(zhì)的X射線衍射譜圖的對比分析便可以完成樣品物相組成和結(jié)構(gòu)的定性鑒定;通過對樣品衍射強度數(shù)據(jù)的分析計算，可以完成樣品物相組成的定量分析;

 

    x射線衍射儀還可以測定材料中晶粒的大小或其排布取向(材料的織構(gòu))...等等，應用面十分普遍、廣泛。

 

    目前x射線衍射儀主要適用于無機物，對于有機物應用非常非常少。

 

    在x射線衍射儀獲得的x射線衍圖譜上，如果樣品是較好的"晶態(tài)"物質(zhì)，圖譜的特征是有若干或許多個一般是彼此獨立的很窄的"尖峰"(其半高度處的2θ寬度在0.1°~0.2°左右，這一寬度可以視為由實驗條件決定的晶體衍射峰的"最小寬度")。如果這些"峰"明顯地變寬，則可以判定樣品中的晶體的顆粒尺寸將小于300nm，可以稱之為"微晶"。晶體的X射線衍射理論中有一個Scherrer公式，可以根據(jù)譜線變寬的量估算晶粒在該衍射方向上的厚度。

 

    非晶質(zhì)衍射圖的特征是：在整個掃描角度范圍內(nèi)(從2θ1°~2°開始到幾十度)只觀察到被散射的X射線強度的平緩的變化，其間可能有一到幾個最大值;開始處因為接近直射光束強度較大，隨著角度的增加強度迅速下降，到高角度強度慢慢地趨向儀器的本底值。從Scherrer公式的觀點看，這個現(xiàn)象可以視為由于晶粒極限地細小下去而導致晶體的衍射峰極大地寬化、相互重疊而模糊化的結(jié)果。晶粒細碎化的極限就是只剩下原子或離子這些粒子間的"近程有序"了，這就是我們所設(shè)想的"非晶質(zhì)"微觀結(jié)構(gòu)的場景。非晶質(zhì)衍射圖上的一個最大值相對應的是該非晶質(zhì)中一種常發(fā)生的粒子間距離。