1.基本原理
当以X射线作为入射光源照射晶体时，晶体中规则排列的原子散射X射线，相互干涉并在某些特殊方向上产生强X射线衍射。由于自然界每一种结晶物质都具有各自独特的化学组成和晶体结构，因而由此产生的衍射线也截然不同，衍射线在空间分布的方位和强度，与晶体结构密切相关。由不同结晶物质组成的混合物的衍射花样是混合物中各物相衍射花样的机械叠加。
2.样品要求
野外采集的岩石样品需磨制为平均粒径达到5μm左右或小于200目。
3.地质应用
（1）矿物的定性定量分析：自然界的岩石为多种矿物的集合体，是组成地壳的基本单元，了解岩石的结构、构造、矿物成分等信息，为岩石的成因、演化、成矿条件研究提供依据，是岩石学研究的一个重要内容。由于X射线粉晶衍射分析方法简单快速，结果较为准确，因此，被广泛应用于造岩矿物、黏土矿物等的定性定量分析。
（2）晶胞参数的精确测定：晶胞参数是结晶物质的重要晶体学参数之一。矿物晶体结构的测定主要采用X射线单晶衍射法，但是通常情况下很难获得尺寸和质量都满足单晶结构分析要求的矿物单晶体，因此，X射线粉末衍射法成为新矿物结构测定的新手段。
（3）类质同象和同质多象研究：同质异象矿物主要是晶体结构的差异，具有不同的X射线衍射特征，因此能很好地区分开来。矿物类质同象研究则是利用精确测定晶胞参数和测量某些有特征意义的d值来实现的。
（4）矿物晶体结构有（无）序研究：有（无）序结构在矿物中极为广泛，除了在类质同象代替的情况下出现有（无）序现象外，甚至在化学组成固定的某些晶体中也同样可以出现有（无）序结构。矿物晶体有序度的不同，在矿物的晶体结构以及由结构所决定的物理性质方面都会有所反映。对矿物有（无）序的研究，可以有助于了解矿物的形成温度和形成条件。
（5）黏土矿物的混层结构研究：X射线粉末衍射仪在黏土矿物研究方面的应用除了根据特征谱线进行矿物鉴定和黏土矿物定量分析外，还包括混层结构研究。