La diffrazione a raggi X (XRD) è una tecnica non distruttiva utilizzata per l'analisi qualitativa e quantitativa dei materiali cristallini, in polvere o allo stato solido. Fondamentalmente la diffrazione a raggi X è ottenuta come “riflesso” di un fascio di raggi X da una famiglia di piani atomici paralleli ed equidistanti, seguendo la legge di Bragg: quando un fascio di raggi X monocromatici con lunghezza d'onda I è incidente su un piano reticolare con un angolo Q, si crea una diffrazione se il cammino dei raggi riflessi dai piani successivi (con una distanza d) è un multiplo della lunghezza d'onda. I è la lunghezza d'onda della radiazione che viene prodotta da un tubo a raggi X. E' possibile analizzare gli spazi d di un cristallino (o di una polvere) con un goniometro misurando gli angoli di diffrazione di prim'ordine.

Analisi qualitative (analisi di fase) possono essere fatte grazie ad una comparazione del diffrattogramma ottenuto da un esemplare con un gran numero di schemi presenti nel database ufficiale. Singole fasi e/o mescolanze di fasi possono essere analizzate con i programmi disponibili oggi.

Molte altre indagini possono venire effettuate con l'aiuto della diffrazione a raggi X.

Tensione residua: le forze che risultano da una piccola compressione o dilatazione delle distanze d.Con la diffrazione a raggi X è possibile misurare lo sforzo (la deformazione dal reticolo originale) e la tensione è calcolata grazie alla conoscenza delle costanti elastiche del materiale.

Trama: E' l'orientamento preferito dei cristalliti in un esemplare. Se è presente una trama nel materiale, l'intensità della linea di diffrazione cambia con l'orientamento del campione rispetto al fascio d'incidenza.

Dimensioni del cristallite e microtracce: Queste informazioni vengono ottenute grazie all'analisi dell'ampiezza e della forma delle linee di diffrazione.

Analisi strutturale: La diffrazione a raggi X viene utilizzata per indagare la struttura cristallografica del materiale. La posizione e le relative intensità delle linee di diffrazione possono essere correlate alla posizione degli atomi nella cellula unità, ed alle sue dimensioni. L'indicizzazione, le modifiche strutturali e la simulazione possono essere ottenuti con specifici programmi di computer.

Thin film: Tenendo il fascio d'incidenza ad angoli bassi, è possibile investigare le proprietà dei molteplici strati, minimizzando l'interferenza del substrato. Allo stesso modo la riflettometria può essere effettuata.