X荧光光谱仪(XRF)主要由激发源X射线管产生入射X射线(一次X射线)，激发被测样品。受激发的样品中的每一种元素会放射出二次X射线，并且不同的元素所放射出的二次X射线具有特定的能量特性或波长特性。探测系统测量这些放射出来的二次X射线的能量及数量。然后，仪器软件将探测系统所收集到的信息转换成样品中各种元素的种类及含量。
元素的原子受到高能辐射激发而引起内层电子的跃迁，同时发射出具有一定特殊性波长的X射线，根据莫斯莱定律，荧光X射线的波长λ与元素的原子序数Z有关，其数学关系如下：
λ=K(Z−s)−2
式中K和S是常数。
而根据量子理论，X射线可以看成由一种量子或光子组成的粒子流，每个光具有的能量为：
E=hν=hC/λ
式中，E为X射线光子的能量，单位为keV;h为普朗克常数;ν为光波的频率;C为光速。
因此,只要测出荧光X射线的波长或者能量,就可以知道元素的种类，这就是荧光X射线定性分析的基础。此外,荧光X射线的强度与相应元素的含量有一定的关系，据此，可以进行元素定量分析。