波譜儀的關鍵在于怎樣實現將未知的特征譜線與已知元素Z聯系起來？為此設想有一種晶面間距為d的特定晶體（我們稱為分光晶體），當不同特征波長λ的X射線照射其上時，如果滿足布拉格條件（2dsinθ=λ）將產生衍射。顯然，對于任意一個給定的入射角θ僅有一個確定的波長λ滿足衍射條件。這樣我們可以事先建立一系列θ角與相應元素的對應關系，當某個由電子束激發的X特征射線照射到分光晶體上時，我們可在與入射方向交成2θ角的相應方向上接收到該波長的X射線信號，同時也就測出了對應的化學元素。只要令探測器連續進行2θ角的掃描，即可在整個元素范圍內實現連續測量。
由分光晶體所分散的單一波長X射線被X射線檢測器接受，常用的檢測器一般是正比計數器。當某一X射線光子進入計數管后，管內氣體電離，并在電場作用下產生電脈沖信號。