XRD（X-ray Diffraction，X 射線繞射）是對晶體照射 X 射線，量測因原子規則排列而往特定方向強烈反射（繞射）的 X 射線，以調查晶體結構與原子間距的分析方法。X 射線的波長與原子間距差不多（約0.1nm），因此在晶體中被原子面反射的 X 射線彼此增強的角度，由原子面的間距決定。
發生繞射的條件以布拉格定律（nλ＝2d sinθ）表示，λ 是 X 射線波長，d 是原子面間距，θ 是入射角。依角度量測繞射 X 射線的強度，可以得知含有什麼晶體、各占多少（晶相）、原子間距（晶格常數）、晶粒大小，以及晶體方向的一致程度等。
在半導體中，是評估磊晶成長薄膜不可或缺的工具。高解析 XRD 可量測 SiGe、GaN・AlGaN 等膜的組成、與下層晶體晶格不匹配造成的應變，以及晶體缺陷程度（搖擺曲線的寬度）。另外，以極小角度照射 X 射線、量測反射強度振盪的 XRR（X 射線反射率法），可以求出薄膜的厚度與密度，以及表面與介面的粗糙度。因為能在不破壞晶圓的情況下量測，從研發到量產管理都有使用。
