Hiện tượng các tia X nhiễu xạ trên các mặt tinh thể chất rắn, tính tuần hoàn dẫn đến việc các mặt tinh thể đóng vai trò như một cách tử nhiễu xạ

Xét một chùm tia X có bước sóng λ {\displaystyle \lambda } chiếu tới một tinh thể chất rắn dưới góc tới θ {\displaystyle \theta } . Do tinh thể có tính chất tuần hoàn, các mặt tinh thể sẽ cách nhau những khoảng đều đặn d {\displaystyle d} , đóng vai trò giống như các cách tử nhiễu xạ và tạo ra hiện tượng nhiễu xạ của các tia X. Nếu ta quan sát các chùm tia tán xạ theo phương phản xạ (bằng góc tới) thì hiệu quang trình giữa các tia tán xạ trên các mặt là:

Δ L = 2. d . s i n θ {\displaystyle \Delta L=2.d.sin\theta }

Như vậy, để có cực đại nhiễu xạ thì góc tới phải thỏa mãn điều kiện:

Δ L = 2. d . s i n θ = n . λ {\displaystyle \Delta L=2.d.sin\theta =n.\lambda }

Ở đây, n {\displaystyle n} là số nguyên nhận các giá trị 1, 2,...

Đây là định luật Vulf-Bragg mô tả hiện tượng nhiễu xạ tia X trên các mặt tinh thể.

• Cường độ nhiễu xạ:

Cường độ chùm tia nhiễu xạ được cho bởi công thức:

I g = | ψ g | 2 ∝ | F g | 2 {\displaystyle I_{\mathbf {g} }=\left|\psi _{\mathbf {g} }\right|^{2}\propto \left|F_{\mathbf {g} }\right|^{2}}

Với ψ g {\displaystyle \psi _{\mathbf {g} }} là hàm sóng của chùm nhiễu xạ, còn F g {\displaystyle F_{\mathbf {g} }} là thừa số cấu trúc (hay còn gọi là xác suất phản xạ tia X), được cho bởi:

F g = ∑ i f i e − 2 π i g ⋅ r i {\displaystyle F_{\mathbf {g} }=\sum _{i}f_{i}e^{-2\pi i\mathbf {g} \cdot \mathbf {r} _{i}}}

ở đây, g {\displaystyle \mathbf {g} } véctơ tán xạ của chùm nhiễu xạ, r i {\displaystyle \mathbf {r} _{i}} là vị trí của nguyên tử thứ i {\displaystyle i} trong ô đơn vị, còn f i {\displaystyle f_{i}} là khả năng tán xạ của nguyên tử. Tổng được lấy trên toàn ô đơn vị.

• Phổ nhiễu xạ tia X:

Phổ nhiễu xạ tia X là sự phụ thuộc của cường độ nhiễu xạ vào góc nhiễu xạ (thường dùng là 2 lần góc nhiễu xạ).