Kristalai yra ląstelinės struktūros, kurios reguliariai pasikartoja ir yra neorganiniuose mineraluose bei metaluose. Skirtingos medžiagos turi specifinių optinių savybių, kai jas veikia regimosios šviesos dažniai arba didesnė rentgeno spindulių energija. Rentgeno spindulių difraktometras gamina spinduliuotę arba energiją rentgeno dažniais ir gali būti naudojamas kristalinėms struktūroms tirti. Difrakcija yra terminas, reiškiantis šviesos ar energijos lenkimą dėl jos sąveikos su medžiaga ar skysčiu.
Rentgeno spindulių difraktometro konstrukciją sudaro kelios pagrindinės dalys. Rentgeno spindulių šaltinį sudaro šaltinio vamzdelis ir kolimuojantis plyšys, sukuriantis siaurą spindulį. Mėginiai dedami į mėginių laikiklį fiksuotu atstumu nuo šaltinio. Detektorius turi scintiliacijos skaitiklį, kuris matuoja difrakcinę energiją. Kai kurie įrenginiai prideda goniometrą, kuris yra kilnojamas detektorius, matuojantis rentgeno energijos kampą.
Kai rentgeno dažnis siunčiamas į mėginį, jis difrakcuojamas tam tikrais kampais, atsižvelgiant į medžiagą. Tai sukelia rentgeno spindulių sąveika su kristalų struktūra. Spindulys yra sulenktas ir palieka medžiagos paviršių, o tada gali būti matuojamas scintiliatoriumi. WL Braggas XX a. pradžioje sukūrė skaičiavimą kampui apibrėžti, ir tai tapo standartiniu difrakcijos duomenų interpretavimo metodu.
Rentgeno spindulių difrakcija gali būti naudojama kristalinėms medžiagoms ir metalams apibūdinti, nes kristalų struktūrą skiria labai maži atstumai. Rentgeno spinduliuotės energijos bangos ilgiai yra panašūs į atstumą tarp kristalų. Dėl to kristalų struktūros sulenks rentgeno energiją išmatuojamais ir nuosekliais modeliais.
Kadangi medžiagos buvo veikiamos rentgeno spinduliais, buvo sukurta duomenų biblioteka, skirta apibendrinti įvairių medžiagų charakteristikas. Metalai, kietosios medžiagos ir kai kurie skysčiai turi specifinių lūžio savybių. Rentgeno spindulių difraktometras gali būti naudojamas norint nustatyti žinomo mineralo savybes arba padėti analizuoti nežinomą, remiantis biblioteka.
Plonasluoksnė technologija naudojama mikroschemų elektronikos gamyboje. Plėvelė nusodinama ant kieto pagrindo, o kokybės kontrolei galima naudoti rentgeno spindulių difraktometrą. Difrakcijos kampų analizė gali nustatyti plėvelės ir pagrindo sąsajos kokybę.
Medžiagos, turinčios kristalines struktūras, sukurs skirtingas molekulines struktūras, kai bus įtemptos. Rentgeno spindulių difraktometras gali išmatuoti įtemptų medžiagų skirtumus. Etaloninis neįtempto kristalo standartas lyginamas su išbandyta medžiaga, o palyginimas gali būti naudojamas įtempiui matuoti. Šis metodas gali būti naudojamas analizuojant metalines dalis, kurios sugedo dėl senėjimo ar perkrovos.