物质受到短波长X射线照射而二次产生的X射线称为荧光X射线。正如太阳光包含各种波长的光一样，X射线荧光包含各种波长的X射线，但在波长和强度光谱中存在许多尖锐的峰值。这些是材料中元素发射的特征 X 射线的峰值。
当原子的电子壳层受到高能（短波长）X射线照射时，内层电子被弹出并移动到外壳层，形成不稳定状态。为了解决这种情况，电子从外部移动到空的内壳中，波长与两个壳层之间的能量差相对应的X射线就成为特征X射线。
通过每种特征X射线的独特波长可以识别元素，并可以根据其强度确定元素的含量。