一個小晶體衍射X射線,其衍射方向是與晶體的周期性（d）有關(guān)的.一個衍射總可找到一個晶面族HKL,使它與入射線在此面族上符合反射關(guān)系,就以此面族的符號HKL作為此衍射之指數(shù).其間關(guān)系用布拉格方程（式1）來表示.
　　2dHKLsinθHKL=nλ ⑴
　　式中,θHKL為入射線或反射線與晶面族之間的夾角（見圖2）,λ為入射X射線波長,n為反射級數(shù).
　　衍射線的強(qiáng)度是與被重復(fù)排列的原子團(tuán)的結(jié)構(gòu),也即和原子在晶胞中的分布裝況（坐標(biāo)）有關(guān),其間的關(guān)系由方程式⑵表示
　　式中,E稱為累積能量,I0為入射線強(qiáng)度,e,m為電子的電荷與質(zhì)量,c為光速,λ為X射線波長,Vu為晶胞體積,稱洛侖茲偏振（LP）因子,|F|為結(jié)構(gòu)振幅,e-2MT為溫度因子,A為吸收因子,V為小單晶體的體積,ω為樣品的轉(zhuǎn)速,其中結(jié)構(gòu)因子
　　=|FHKL|eiαHKL ⑶
　　式中,fj,xj,yj,zj 分別為第j個原子的原子散射因子及它在晶胞中的分?jǐn)?shù)坐標(biāo)（以晶胞邊長為1）.n為晶胞中的原子數(shù).αHKL為HKL衍射的相角.從此式可知衍射線強(qiáng)度是與各原子在晶胞中的位置（即結(jié)構(gòu)）有關(guān)的,故反過來可從衍射線強(qiáng)度的分析解出晶胞中各原子的位置,即晶體結(jié)構(gòu).其方法是 ⑷
　　通過晶胞中的電子密度ρ（x,y,z）的計(jì)算.
　　故若知各衍射的FHKL,就可按⑷式計(jì)算晶胞的三維電子密度圖.原子所在處電子密度應(yīng)該很高,故依此可定出原子在晶胞中位置,得出晶體結(jié)構(gòu).但是從衍射強(qiáng)度獲得的是結(jié)構(gòu)振幅|F|,|F|與F之間的關(guān)系見式⑶.如何求得各HKL衍射的相角αHKL就成為X射線單晶衍射解晶體結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵.