發現衍射現象
1912年勞埃等人根據理論預見，并用實驗證實了 X射線與晶體相遇時能發生 衍射現象，證明了X射線具有 電磁波的性質，成為X射線衍射學的第一個里程碑。當一束單色X 射線入射到晶體時，由 于晶體是由原子規則排列成的 晶胞組成，這些規則排列的原子間距離與入射X射線 波長有
相同數量級，故由不同 原子散射的X 射線相互干涉，在某些特殊方向上產生強X射線衍射，衍射線在空間分布的方位和強度，與晶體結構密切相關。這就是X 射線衍射的基本原理。衍 射線空間方位與晶體結構的關系可用 布拉格方程表示：
2dsinθ=nλ
式中：λ是X射線的 波長；θ是 衍射角；d是結晶面間隔；n是整數。波長λ可用已知的X射線衍射角測定，進而求得面間隔，即結晶內原子或離子的規則排列狀態。將求出的衍射X射線強度和面間隔與已知的表對照，即可確定試樣結晶的物質結構，此即定性分析。從衍射X射線強度的比較，可進行定量分析。
運動學衍射理論
Darwin的理論稱為X 射線衍射運動學理論。該理論把 衍射現象作為三維Fraunhofer衍射問題來處理，認為晶體的每個體積元的散射與其它體積元的散射無關，而且散 射線通過晶體時不會再被散射。雖然這樣處理可以得出足夠精確的 衍射方向，也能得出衍射強度，但運動學理論的根本性假設并不完全合理。因為散 射線在 晶體內一定會被再次散射，除了與原射線相結合外，散射線之間也能相互結合。Darwin不久以后就認識到這點，并在他的理論中作出了多重散射修正。
動力學衍射理論
Ewald的理論稱為動力學理論。該理論考慮到了 晶體內所有波的相互作用，認為 入射線與衍射線在晶體內相干地結合，而且能來回地交換 能量。兩種理論對細小的 晶體粉末得到的強度 公式相同，而對大塊完整的晶體，則必須采用動力學理論才能得出正確的結果。