簡稱PIXE,它應用的帶電粒子可以是質子、α粒子或重離子，目前使用最多的是質子。它是用加速器（常用靜電加速器產生的幾兆電子伏能量的質子束轟擊樣品，質子使樣品中各元素原子的內層電子電離，接著較外層的電子向內層躍遷,同時發射X射線。由于各種元素發射具有特定波長（或能量）的標識X射線,可利用鋰漂移硅探測器及能譜分析儀來確定元素的種類。而標識譜線強度可用來確定元素含量。
在PIXE技術中，可以將原始的樣品（如金屬、粉末、生物組織）直接作為靶進行分析。這樣的靶往往是厚靶，它制備方便，但數據處理比較復雜，靈敏度也差。另一種是將樣品進行灰化、溶解等處理，然后把它置于一定的襯底膜上，作為靶進行分析。這類靶稱為薄靶，可以不考慮質子在靶中的能量損失和X 射線的自吸收，獲得及處理數據都比較容易，靈敏度也好。但制靶工藝比較復雜，容易受到環境的污染。
用PIXE方法作元素測定時，通常有絕對測定法和相對測定法之分。對于薄靶，絕對法的計算含量公式為 ，
式中Wj、Nj、Aj、σXj分別為第 j個元素的含量、特征峰計數、原子量、標識X射線的產生截面,Ω為探頭的立體角，εj為探測器對第j個元素的X射線的探測效率，N0為阿伏伽德羅常數，n0為射到靶上的單位面積中的質子數，t為X射線從靶中穿出的透射率。這方法在實際使用時較困難，因實驗條件的變化、參量的不穩定都影響測量結果。工作中往往用相對測定法，其中以內標法用得最多。它是將已知量的元素放入靶中作為標準，通過同已知內標相比較來確定待測元素含量。測量數據的處理是質子X熒光分析工作中的一個重要環節。現都采用計算機在線分析。
PIXE方法絕對靈敏度高，絕對探測極限可達10克(指束點面積為幾平方毫米),相對靈敏度可達10～10，因此取樣量少；這種方法的元素分辨本領好，可進行多元素同時分析，甚至可不破壞樣品，適合于對珍貴稀缺的考古樣品、生物樣品和環境樣品等的分析。由于采用計算機在線數據處理，分析速度快。一般一個樣品的整個分析過程僅需幾分鐘。如果將質子束聚焦成直徑為幾微米的細束，并對樣品進行逐點測量，可以得到有空間分辨的元素含量分布圖，這時探測極限可改善到10～10克。但是,PIXE方法對于原子序數小于11的元素,因探測器窗吸收等原因，靈敏度很差。
PIXE方法已成為一種有力的分析手段，被廣泛地應用于生命科學、環境科學、考古學、法學以及材料科學等方面。