X線回折計（XRD）はBragg回折原理に基づいて、X線の結晶中の回折信号を測定することによって、物質の結晶構造、物相組成及び応力状態を明らかにした。その核心的な動作原理は次のように分解できる：

一、X線発生：高速電子衝突ターゲットのエネルギー変換

XRDは光源としてX線管を用い、その陰極は高速電子流を放出し、数万ボルトの高圧電界加速下で陽極ターゲット（例えばCuターゲット）に衝突する。電子とターゲット原子の内層電子は相互作用し、内層電子を励起させ、外層電子遷移が空孔を埋める際に特定の波長のX線を放出する。例えば、Cuターゲットから発生するKα線の波長は0.154 nmであり、ほとんどの結晶構造解析に適している。

二、結晶回折：原子周期配列の干渉効果

単色X線が結晶に照射されると、結晶中に規則的に配列された原子が散乱源となる。各原子が散乱するX線の波長は入射波と同じだが、位相は原子位置の違いによって異なる。結晶構造の周期性のため、散乱波は特定の方向（Bragg方程式を満たす）に長干渉し、回折ピークを形成する。Bragg方程式2 dsinθ＝nλはコア理論の基礎であり、ここでdは結晶面間隔、θは入射角、nは回折級数、λはX線波長である。

三、信号検出と処理：回折ピークから構造情報まで

回折X線は角度計（コア部品）によって角度を正確に調整し、検出器に受信され、電気信号に変換される。回折角（2θ）と強度データを系統的に記録し、回折スペクトルを生成する。スペクトル中の回折ピークの位置、強度及び形状を分析することにより、結晶構造（例えば結晶系、単位胞パラメータ）、物相組成（標準PDFカードとの比較）及び残留応力（ピーク位置オフセット分析）を決定することができる。例えば、材料の結晶性は、ピークと背景ノイズの強度比によって評価することができる。