中子衍射的原理基於布拉格定律，當中子以特定角度（滿足布拉格方程2dsinθ = nλ）入射到晶體時，會發生衍射現象。這一現象與X射線衍射相似，但中子與物質的相互作用有其獨特之處：
波粒二象性：中子具有波粒二象性，其德布羅意波長約為1埃左右的中子（熱中子）在通過晶態物質時，會在滿足布拉格條件的特定方向上發生衍射。
與原子核的相互作用：中子與原子核的相互作用使其在確定點陣中輕元素的位置方面特別有效，因為X射線對輕元素的靈敏度不足，而中子衍射可以彌補這一不足。
磁衍射：中子具有磁矩，能與原子磁矩相互作用，產生中子特有的磁衍射。通過磁衍射的分析，可以確定磁性材料點陣中磁性原子的磁矩大小和取向，使中子衍射成為研究磁結構的重要手段。
高穿透性：相比X射線，中子具有更高的穿透性，特別適用於需用厚容器的高低溫、高壓等條件下的結構研究。
對同位素的敏感性：中子能區別不同的同位素，這在利用氫-氘的差別來標記、研究有機分子方面具有特殊優越性。
綜上所述，中子衍射是一種重要的科學研究手段，它通過中子與物質的相互作用，提供了關於物質結構的詳細信息，特別是在研究輕元素位置、磁結構以及在極端條件下的物質行為方面具有獨特的優勢。