所有XRF儀器都擁有兩個主要成分，一個是X射線源，一般采用X射線管，另一個則是探頭。X射線源會發出初級X射線到樣品表面，有時會通過濾光器對X射線束進行調整。在光束擊打樣品原子時，會產生次級X射線，這些次級X射線會被探頭收集并處理。
比較穩定的原子是由原子核及繞核旋轉的電子構成，電子按照能量層級或電子殼層排列，不同的能量層級可包含不同數量的電子。
在高能初級X射線與原子發生碰撞時，會打亂原子的平衡狀態。
此時，電子會從較低的能量層級射出，形成電子空位，使原子失去穩定。
為了恢復穩定性，較高能量層級的電子就會填補空位。而電子在兩個能量層級間移動時釋放的多余能量就會以次級X射線的形式發射出來。發射出的X射線的能量會表現出元素的特征。
這也就意味著XRF能夠提供有關被測樣品的定性信息。
不僅如此，XRF同時也是一項定量技術。
樣品原子發射出的X射線經探頭收集，并由儀器處理后可形成一個光譜，顯示X射線的強度峰值及能量對照。
如我們所知，通過峰值能量可以判定元素的種類。其峰值區域或強度可指示出元素在樣品中的含量。
隨后，分析儀就可以使用這一信息計算樣品的元素構成。
從按下按鈕或扳機，到輸出分析結果的全部流程最快僅需2秒鐘，最多不過幾分鐘。