物相分析是X射線衍射在金屬中用得最多的方面，分為定性分析和定量分析。前者把對材料測得的點陣平面間距及衍射強度與標準物相的衍射數(shù)據(jù)相比較，確定材料中存在的物相；后者則根據(jù)衍射花樣的強度，確定材料中各相的含量。在研究性能和各相含量的關系和檢查材料的成分配比及隨后的處理規(guī)程是否合理等方面都得到廣泛應用。

結晶度定義為結晶部分重量與總的試樣重量之比的百分數(shù)。非晶態(tài)合金應用非常廣泛，如軟磁材料等，而結晶度直接影響材料的性能，因此結晶度的測定就顯得尤為重要。根據(jù)結晶相的衍射圖譜面積與非晶相圖譜面積測定結晶度。

精密測定點陣參數(shù) 常用于相圖的固態(tài)溶解度曲線的測定。溶解度的變化往往引起點陣常數(shù)的變化；當達到溶解限后，溶質的繼續(xù)增加引起新相的析出，不再引起點陣常數(shù)的變化。這個轉折點即為溶解限。另外點陣常數(shù)的精密測定可得到單位晶胞原子數(shù)，從而確定固溶體類型；還可以計算出密度、膨脹系數(shù)等有用的物理常數(shù)。

納米材料的顆粒度與其性能密切相關。納米材料由于顆粒細小，極易形成團粒，采用通常的粒度分析儀往往會給出錯誤的數(shù)據(jù)。采用X射線衍射線線寬法（謝樂法）可以測定納米粒子的平均粒徑。

晶體取向的測定又稱為單晶定向，就是找出晶體樣品中晶體學取向與樣品外坐標系的位向關系。雖然可以用光學方法等物理方法確定單晶取向，但X衍射法不僅可以精確地單晶定向，同時還能得到晶體內部微觀結構的信息。一般用勞埃法單晶定向，其根據(jù)是底片上勞埃斑點轉換的極射赤面投影與樣品外坐標軸的極射赤面投影之間的位置關系。透射勞埃法只適用于厚度小且吸收系數(shù)小的樣品，背射勞埃法就無需特別制備樣品，樣品厚度大小等也不受限制，因而多用此方法。

宏觀應力是指構件中存在相當大的范圍內均勻分布著的內應力。宏觀應力對材料的使用有很大關系：負面影響（如海水應力腐蝕等）；正面影響（如壓應力可提高疲勞壽命等）

只要應力存在就會有應變，就會導致晶面間距的變化；X 光可很好地測量面間距地變化，因此可以利用其測應力。