Grundsätzlich treten alle Beugungserscheinungen elektromagnetischer Wellen auch bei Röntgenstrahlung auf. Allerdings benötigt man bei Röntgenstrahlung aufgrund der kurzen Wellenlänge sehr kleine Spalte, Gitter oder ähnliches, um nennenswerte Beugungseffekte zu beobachten. Ein Beispiel sind die regelmäßigen Gitterstrukturen von Kristallen.
Eine wichtige Anwendung der Röntgenbeugung ist die Strukturanalyse von chemischen Verbindungen in der Kristallographie. Dazu werden Röntgenstrahlen an Kristallen gebeugt, um die räumliche Anordnung der Atome im Kristall aus den Beugungserscheinungen abzuleiten. Die zugrunde liegende mathematische Beziehung ist die Bragg-Gleichung (William Henry Bragg, William Lawrence Bragg):
Dabei wird auf die zu untersuchende Substanz mit einem Röntgenstrahl der Wellenlänge gestrahlt. Bei einem Netzebenenabstand wird dieser Strahl um abgelenkt, wenn der einfallende Strahl in einem Winkel von eingefallen ist. ist die Ordnung des Reflexes. Aus den bekannten oder gemessenen Größen , und wird der gesuchte Atomabstand berechnet.
Der Röntgenstrahl interferiert mit dem Kristall; nur wenn die Bragg-Gleichung erfüllt ist, liegt eine so genannte konstruktive Interferenz vor. Röntgenreflexe treten also nur in diesem Fall auf.
