X射线衍射，简称XRD，是一种利用X射线与晶体之间的衍射作用来确定晶体结构或形态等信息的表征手段。当一束单色X射线照射到晶体时，晶体中的原子会在X射线的作用下被迫做周期性的运动，以原子为单位对外发射次生波，该波的频率与入射X射线一致，这个过程是X射线的散射。由于晶体中的原子在空间上呈周期性的规律排布，这些散射球面波之间存在着固定的位相关系，会在空间产生干涉，导致在某些散射方向的球面波相互加强，而在某些方向上相互抵消，从而出现衍射现象。因此，晶体中的X射线衍射实质上就是大量原子散射波在空间上相互干涉的结果。衍射线在空间分布的方位和强度，与晶体结构密切相关，每种晶体所产生的衍射花样都反映出该晶体内部的原子分配规律，这就是X射线衍射的基本原理。

一个衍射花样的特征，由两部分组成：①衍射线在空间的分布规律，由晶胞大小、形状和位向决定；②衍射线束的强度，取决于原子的种类和它们在晶胞中的位置。通过分析衍射花样在空间出现的位置和强度，就可以在X射线衍射和晶体结构之间建立定性和定量关系。

布拉格方程是衍射分析中最重要的基础公式，它揭示了衍射与晶体结构的内在关系。如图示，当X射线照射到晶体时，照射到相邻两晶面的光程差是2dsinθ。当光程差等于X射线波长的n倍时，相邻原子面散射波干涉加强，即干涉加强条件为：2dsinθ=nλ。 2dsinθ=nλ(n=1，2，3…)，其中，λ是X射线的波长，d是晶体晶面间距，θ是入射X射线与相应晶面的夹角。通过布拉格方程，可以用已知波长的X射线求解晶面间距d，从而获得晶体结构信息。

谢乐公式（Scherrer公式）是XRD测晶粒尺寸的理论基础，描述了晶粒尺寸与衍射峰半峰宽之间的关系。晶粒越小，XRD衍射线的峰就越弥散宽化。

Scherrer公式D=Kλ/βcosθ，其中D是垂直于晶面方向的晶粒尺寸；K是Scherrer常数，一般取0.87-1；λ是X射线波长；β是衍射峰半高宽度，单位是弧度；θ是衍射角。该方法计算的是晶粒的平均尺寸。 

XRD是目前研究晶体结构最有力的方法，通过样品的X射线衍射图与已知晶态物质的X射线衍射图对比分析可以完成样品物相组成和结构的定性鉴定；通过对样品衍射强度数据的分析计算，可以完成样品物相组成的定量分析。