X射线荧光光谱仪由莫塞莱定量可以看来，特征X射线的波长与元素的原子序数间有单值关系。根据这个定律，只要测出某元素发出的一组特征X射线的波长，就可以确定它是什么元素。目前除了超轻元素外，绝大部分元素的特征X射线的波长都已由实验测出，并已制成表。这样，只要查表对照就可确定被分析的是什么元素。这就是X射线荧光的定性分析方法。
在定性分析的基础上，如果还能测出特征谱线的强度，然后把它和标准含量样品的特征谱线强度相比较，就可确定被分析元素的含量。这就是X射线荧光的定量分析方法。当然，这仅是分析方法中的一种，即所谓的外标法。此外，还有内标法、增量法、数学方法等。
X射线荧光分析仪具有检测元素广、分析速度快，准确率较高等特点，可大大减轻分析人员的劳动强度，及时提供分析依据。
现代X射线荧光光谱仪分两种类型：波长色散型与能量色散型。波长色散型荧光光谱仪(WD-XRF)一般由光源（X射线管）、样品室、分光晶体和检测系统等组成；能量色散型荧光光谱仪（ED-XRF），一般由光源（X射线管）、样品室和检测系统等组成，与波长色散型荧光光谱仪的区别在于它不用分光晶体。
X射线荧光光谱仪的优势
1.出色的稳定性和易用性
便携XRF系统能有效配合井下采矿和能源勘探。由于电感耦合等离子体发射光谱 (ICP-OES)和原子吸收光谱(AAS)需要使用酸分解样品，以至于不适于很多情况下的现场分析，但XRF克服了这个缺陷，特别是小型化的仪器更是能应用各种场景中。
2.对样品更小的消耗
对于ppb级的微量元素分析， ICP-OES是主力，只要样品量不受限制、消解又很简单。但对于有限的样本，微观分析工具如全反射XRF或石墨炉原子吸收光谱可能是一个更好的选择。
3.拥有更高的精度
一台有40块晶体的XRF仪器能够同时测量40个元素。特别是在钢铁行业质量控制过程中的应用中，钢铁产品的精度非常高，因此波散XRF是十分必要的。
4.循环利用，更加环保
XRF在工业领域的应用不只是用于质量控制，物相鉴定和无标分析的XRF增强了制造工厂迅速评估替代材料和配方的能力，以及不同制造过程的副产品。能更好地表征这些‘废品’使其能够得到更多的循环使用。