Los rayos X interaccionan con la materia cristalina produciendo, entre otros efectos, la difracción de éstos en direcciones específicas, la intensidad y geometría de las cuales son características de cada compuesto: el análisis del espectro de difracción constituye , pues, un sistema de análisis que permite identificar sustancias con tal de que sean lo suficientemente cristalinas (los átomos ordenados periódicamente en el espacio), lo que en términos prácticos significa la mayoría de los compuestos inorgánicos.
La identificación de la mayoría de compuestos y mezclas inorgánicas puede basarse en esta técnica instrumental. La cantidad de muestra necesaria para el análisis por difracción de rayos X es pequeña, del orden de pocas decenas de miligramos, si bien existe la posibilidad de trabajar con cantidades mucho menores si se usa esta técnica analítica con radiación sincrotrón. Ejemplos: composición de una piedra, identificación de sales, caracterización de capas de acabado, identificación de morteros y hormigones (ligante y árido), etc.