EPMA的工作原理是利用聚焦電子束（典型能量= 5-30keV）轟擊微體積樣品并收集由各種元素物質發射的X射線。由于這些X射線的波長是發射物質的特征，因此可以通過記錄WDS波譜（波長色散光譜）輕松識別樣品組分。WDS波譜儀基于布拉格定律進行操作，并使用各種可移動的成型單晶作為單色儀。
EPMA提供了在材料表面對微米級體積進行非破壞性元素分析的完全定性和定量方法，具有ppm級靈敏度。可在數天內獲得1％再現性的常規定量。它是最精確和準確的微區分析技術，可分析從硼到鈾及以上的所有元素。
EPMA與常規分析會話完全兼容，可對結果進行簡單而直接的詮釋。
EPMA儀器配有完整的內置顯微鏡工具套件，可同時進行X射線（WDS和EDS）、SEM和BSE成像，此外還配備精密的可見光光學器件；這些儀器可提供非常靈活的樣品檢測，圖像放大倍數范圍是40到400,000。
可以在層狀材料中測定厚度和元素組成（從納米到毫米厚的層）。
主要應用于地球化學、礦物學、地質年代學、物理冶金學、核能冶金學、材料科學（包括玻璃、陶瓷、超導體、水泥）、微電子學、生物化學……
EPMA提供的結果遠比標準SEM/EDS系統提供的更準確。鑒于WDS的內在屬性，EPMA所提供的一般靈敏度、輕元素分析以及可能產生的定性光譜的錯誤解釋的風險均令人滿意。光譜分辨率和探測器死區時間遠優于EDS（能量色散譜）。 發射電子束調節系統和精密的樣品臺功能確保該技術能夠提供出色的穩定性和測量重復性。