X射線衍射儀通過對材料進行X射線衍射，分析其衍射圖譜，獲得材料的成分、材料內部原子或分子的結構或形態等信息。其原理為：
將單色X射線照到晶體樣品上，若其中一個晶粒的一組晶面取向和入射X射線夾角為θ時，滿足衍射條件，則在衍射角2θ處產生衍射。樣品中有多個晶粒并滿足衍射。通過使用X射線衍射儀的探測器以一定的角度繞樣品旋轉，接收到粉晶中不同網面、不同取向的全部衍射線，獲得相應的衍射圖譜。

X射線衍射儀分為單晶衍射儀和多晶衍射儀兩種。

單晶衍射儀的被測對象為單晶體試樣，主要用于確定未知晶體材料的晶體結構。基本原理：在一粒單晶體中原子或原子團均是周期排列的。將X射線（如Cu的Kα輻射）射到一粒單晶體上會發生衍射，由對衍射線的分析可以解析出原子在晶體中的排列規律，也即解出晶體的結構。

多晶衍射儀也被稱為粉末衍射儀，被測對象通常為粉末、多晶體金屬或高聚物等塊體材料。主要由X射線發生器、測角儀（測量角度2θ的裝置）、X射線探測器（測量X射線強度的計數裝置）、X射線系統控制裝置（數據采集系統和各種電氣系統、保護系統）。