Ｘ線を物質に照射すると、その一部は原子核の周囲にある電子によって散乱される。とくに原子や分子が３次元的に並んだ結晶に照射すると、特定の方向のみに散乱されたＸ線が干渉し強め合う回折が起きる。この回折の起きる方向とその強さには、結晶中の電子の分布についての情報が含まれている。すなわち回折Ｘ線を測定しコンピューターで解析することで、結晶中の電子の分布、さらには原子の配置を決定することができる。このようにして分子の三次元構造を決定する方法がＸ線結晶構造解析法である。