X射線衍射（XRD）分析的原理主要基於布拉格定律，即當X射線照射到晶體時，晶體中規則排列的原子散射的X射線會發生乾涉現象，在某些特定方向上產生強烈的X射線衍射。
布拉格定律的數學表達式為2dsinθ=nλ，其中d是晶面間距，θ是布拉格角，λ是X射線的波長，n是反射級數。通過分析衍射角的位置（峰位）可以進行化合物的定性分析，通過測定譜線的積分強度（峰強度）可以進行定量分析。還可以通過測定譜線強度隨角度的變化關係來進行晶粒的大小和形狀的檢測。
此外，每種結晶物質都有其特定的晶體結構，包括點陣類型和晶面間距等參數，這些特性使得XRD可用於物質的結構分析。當單色的X射線入射到晶體上時，由於晶體中原子間的距離與入射X射線的波長在同一數量級，不同原子散射的X射線會相互乾涉，在某些特殊方向上產生強烈的X射線衍射。這些衍射線的方位和強度與晶體的結構密切相關，從而可以用於確定物質的成分和內部原子或分子的結構。