晶體的X射線衍射，X射線通過晶體時的衍射現象。
20世紀初，M.von勞厄即指出晶體可作為X射線的衍射光柵，隨之發展出用X射線確定晶體結構的X射線晶體學。電子和中子都具有波動性，使電子衍射和中子衍射亦成為確定物質結構的重要手段，特別是電子衍射在確定固體材料的表面結構與中子衍射在確定材料的磁性結構方面，二者相輔相成，使確定物質結構的衍射方法更臻完善。假設晶體中任一格點P的位置均可用格矢RP表示為：RP=l′a+m′b+n′c式中l′、m′、n′均為整數，而a、b、c為晶胞基矢。如圖1所示。波矢為k0=(2π/λ)s0的平行X射線入射二格點O與P，O為原點，λ為波長，s0為入射方向的單位矢量，則由此二格點彈性散射的X射線沿單位矢量s方向的光程差為Δ＝AO+BO=RP·(s－s0)。沿s方向來自格點O與P的散射波干涉相長的條件為：RP·(s－s0)=mλ式中m為整數。如晶體中所有格點均滿足上式，則s必為一衍射束的方向。上式稱為勞厄方程。改寫勞厄方程為：RP·(k－k0)=2πm其中k=(2π/λ)s為散射波矢。由此可知，如所有格點位矢均滿足上式，則衍射束方向的波矢k與入射波矢之差必為一倒格矢。將此倒格矢用K表示，則K＝k－k0＝nKhkl，Khkl為該方向最短的倒格矢，n為整數。由於，便得到著名的布拉格反射公式2dsinθ=nλ式中為米勒指數為(hkl)的晶面族的面間距，而θ為入射方向對於此晶面族的掠射角。由此，衍射束方向可想像成λ射X射線對某一晶面族(hkl)的鏡面反射方向。當單色X射線沿某一確定方向λ射晶體時，只有在滿足布拉格反射公式的方向才可觀察到衍射束，而衍射束斑也以(nh,nk,nl)標記，稱為衍射面指數。衍射束斑的位置與具體的晶體結構有關，從而使衍射成為確定結構的有效手段。晶胞對X射線的散射實質為格點散射。在最簡單的情形，一個晶胞中只包含一個原子（或離子），但一般情形可包含若干個原子（或離子）。具體通過衍射測量確定晶體結構必須考慮衍射束的強度，也就必須考慮一個晶胞內不同原子（或離子）對X射線散射波的干涉。這可歸結為晶胞對X射線的散射本領，可以幾何結構因子（或稱形狀因子）F(K)表示：式中Rj為晶胞中第j個原子（或離子）的位矢，而K=Khkl為衍射束相應的倒格矢。fj則為與k相應的第j個原子（或離子）的散射因子，其定義為：ρj(r)為第j個原子（或離子）中的電子數密度。可見原子散射因子原物理意義為其中所有的電子對X射線的散射本領與單個電子散射本領之比；而結構因子則為一個晶胞（或一個格點）對X射線的散射本領與單個電子散射本領之比。晶體衍射束的強度正比於幾何結構因子模的平方。晶體對X射線的衍射亦可形象地採用“反射球”表述。反射球為倒空間中的一球面，球半經與X射線的波矢相等。如圖2所示，取一倒格點O為原點，對應於正空間中晶體的方位。圖中k0為入射波矢，其起始點即為反射球心C，球面即為反射球。由圖2可見，位於反射球上的任何倒格點（如P）均滿足布拉格反射條件。因為矢量OP必為一倒格矢，從而必與一衍射束相對應。
