X射线荧光光谱仪由激发源(X射线管)和检测系统组成。X射线管产生入射X射线(初级X射线)，激发被测样品并产生X射线荧光(次级X射线)，检测器检测X射线荧光。
x射线荧光光谱仪是一种可以快速同时测定多种元素的仪器。样品经X射线照射后，各元素原子内壳层(K、L或M层)的电子被激发，将原子逐出，引起电子跃迁，发出该元素的特征X射线荧光。每种元素都有其特有的特定波长的X射线。能量色散X射线荧光光谱仪(EDXRF)利用荧光X射线能量不同的特点，通过探测器本身的能量分辨能力来区分探测到的X射线。
元素的原子受到高能辐射激发，引起内部电子跃迁，发出某些特殊波长的X射线。根据莫斯勒定律，荧光X射线的波长λ与元素的原子序数Z有关，数学关系如下:
λ=K(Z？s)？二
其中k和s是常数。
根据量子理论，X射线可以看作是由一个量子或光子组成的粒子流，每个光的能量如下:
E=hν=h C/λ
其中e为X射线光子的能量，单位为keV；h是普朗克常数；ν是光波的频率；c是光速。
因此，只要测量荧光X射线的波长或能量，就可以知道元素的种类，这是荧光X射线定性分析的基础。此外，荧光X射线的强度与相应元素的含量有一定的关系，据此可以进行元素的定量分析。
X射线管发出的特征X射线照射样品，样品中含有的元素被X射线激发后会发出具有特定能量的X射线荧光。X射线荧光由检测器检测，根据X射线荧光的能量进行定性(确定含有哪些元素)，根据X射线荧光的强度进行定量(确定元素的含量)。