É uma das técnicas que goza de maior prestígio na comunidade científica para estudar estruturas cristalinas, devido a sua precisão e à experiência acumulada durante décadas, elementos que lhe fazem muito confiável. Suas maiores limitações se devem à necessidade de trabalhar com sistemas cristalinos, pelo que não é aplicável a dissoluções, a sistemas biológicos in vivo, a sistemas amorfos o aos gases.Porém, como muitos materias podem cristalizar-se, tais como sais, metais, minerais, semicondutores, além de inorgânicos, orgânicos e biológicos, a Cristalografia de raios X tem tido um papel fundamental no desenvolvimento de várias áreas científicas, tais como determinar os comprimentos e tipos de ligações químicas e analisar as diferenças em escala atômica entre os diversos materiais, especialmente minerais e ligas. O método também revelou a estrutura e a função de muitas moléculas biológicas, incluindo vitaminas, drogas, proteínas e ácidos nucleicos como o DNA, bem como desempenhou um papel essencial na descrição da dupla hélice de ADN.(Ver também: Rosalind Franklin, James D. Watson, Francis Crick). Assim, conhecendo as configurações dessas estruturas, torna-se possível o desenvolvimento de novas tecnologias, como vacinas e medicamentos.

É possível trabalhar com monocristais ou com pó monocristalino, conseguindo-se diferentes dados em ambos os casos. Para a resolução dos parâmetros da célula unitária pode ser suficiente a difração de raios X em pó, ainda que para uma elucidação precisa das posições atômicas seja conveniente a difração de raios X em monocristal.

Graças ao processo de difração foi possível determinar o comprimento de onda do raio X e concluiu-se que era menor que o comprimento de onda do raio ultravioleta e da mesma ordem que o tamanho do átomo.