当X射线通过物质时，X射线与物质发生相互作用，假设原子中各电子皆集中在原子中心，则一个原子或数个原子集团中的各电子的散射波将同相位叠加，由此可以将其合成波看作是从原子中心发射出的球而散射波，即原子的散射波。由于晶体中原子排列的规则性，各原子散射波相互干涉时将会在某些方向互相加强(相长干涉)，而在另一些方向相互抵消〔相消干涉)，合成波的强度随方向而改变，形成一定的衍射花样。所以相干散射是衍射研究的基础，而衍射则是晶体对X射线散射的一种特殊表现形式，其必要条件是晶体中各原子散射波在某研究方向上均有固定的相位关系。

1布拉格方程

1912年英国物理学家布拉格父子(W.H. Bragg和W.L. Bragg)导出了形式简单，但能够说明晶体衍射基本关系的布拉格方程或“反射”定律。根据布拉格的证明，可以将晶体的衍射现象看作是由晶体某些的“镜面反射”的结果，但不是任意的晶面都能产生“反射”。只有这样的晶面:它与入射X射线所形成的角度θ(须注意，X射线学中入射角与反射角的含义与一般光学的概念有所不同)和该晶面的晶面间距d以及入射线的波长λ符合公式

2dsinθ = n λ                                                       

时，才能产生反射，这就是著名的布拉格定律(Bragg’s law)，它是X射线衍射的最基本定律。式中n为整数，称为反射级数(order of reflection)。反射级数的大小有一定的限制，因为sinθ不能大于1。由上式，对一定的λ和d，存在可以产生衍射的若干个角θ₁θ₂θ₃,分别对应于n=1, 2, 3,镲。故凡在满足上式的方向上的所有晶面上的所有原子散射波的位相完全相同，其振幅互相加强，称之为相长干涉，而强度互相抵消的波之间的作用为相消干涉。所以本质上说，X射线的衍射是由大量原子参与的一种散射现象。原子在晶面上是呈周期排列的，被它们散射的X射线之间必然存在位相关系，因而在大部分方向上产生相消干涉，只有在仅有的几个方向上产生相长干涉，这种相长干涉的结果形成了衍射束。这样，产生衍射现象的必要条件是有一个可以干涉的波(X射线)和有一组周期排列的散射中心(晶体中的原子)。