當原子受到X射線光子(原級X射線)或其他微觀粒子的激發使原子內層電子電離而出現空位，原子內層電子重新配位，較外層的電子躍遷到內層電子空位，并同時放射出次級X射線光子，此即X射線熒光。較外層電子躍遷到內層電子空位所釋放的能量等于兩電子能級的能量差，因此，X射線熒光的波長對不同元素是特征的。
根據色散方式不同，X射線熒光分析儀相應分為X射線熒光光譜儀(波長色散)和X射線熒光能譜儀(能量色散)。
