通常把X射線照射在物質上而產生的次級X射線叫做X射線熒光(X-Ray Fluorescence)，而把用來照射的X射線稱為原級X射線，所以X射線熒光光譜儀仍然屬于X射線范疇。一臺典型的X射線熒光光譜儀主要由激發源(X射線管)和探測系統構成。X射線管主要負責產生入射X射線(一次X射線)，隨后該射線對被測樣品進行激發，受激發的樣品中的每一種元素在被激發后會放射出二次X射線，但樣品中元素種類的不同以及它們吸收外部X射線能量的多少都會影響到它們發射出的二次X射線的輻射能量大小（類似于可見光的顏色），不同類型的元素都會發出不同的能量或者顏色，因此不同的元素所放射出的二次X射線都具有特定的能量特性或波長特性。探測系統測量這些放射出來的二次X射線的能量及數量信息，隨后儀器軟件將該探測系統所收集到的信息轉換成樣品中各種元素的種類及含量等信息。
值得一提的是，X射線熒光光譜儀分析技術是一種非侵入式、能夠對不同材料中的化學組成實現快速分析的無損檢測技術。這些特性使得該分析技術在許多方面都更加實用且更具優勢。其主要應用范圍包括：金屬合金材料的可靠性鑒別（PMI）、危險品檢測、材料驗證以及司法科學等方面。