XPS儀由X射線激發源、樣品臺、電子能量分析器、檢測器系統、超高真空系統等部分組成。
X射線源：在目前的商品儀器中，一般采用Al/Mg雙陽極X射線源。常用的激發源有Mg Ka X射線，光子能量為1253.6 eV和Al Ka X射線，光子能量為1486.6 eV。
電子能量分析器：電子能量分析器是XPS的中心部件。其功能是測量光電子的能量分布。有兩種類型：半球形分析器和筒鏡形分析器。半球形分析器對光電子的傳輸效率高和能量分辨率好，多用在XPS譜儀上。筒鏡形分析器對俄歇電子的傳輸效率高，主要用在俄歇電子能譜儀上。
超高真空系統：在XPS儀中必須采用超高真空系統，真空度約為10-7Pa，主要是出于以下兩方面的原因：避免X射線和光電子與殘余氣體分子碰撞而損失能量。保持樣品表面的原始狀態，不發生表面吸附現象。
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