Diffraksjon er spredningen av en bølge når den passerer gjennom en liten åpning eller rundt en hindring. Mengden diffraksjon avhenger av bølgelengden til bølgen og størrelsen på åpningen eller hindringen.
For røntgenstråler er bølgelengden så kort at de ikke blir diffraktert av de fleste objekter. Åpningene eller hindringene må være ekstremt små, i størrelsesorden noen få nanometer, for å diffraktere røntgenstråler. Dette er grunnen til at røntgenstråler ikke diffrakteres av diffraksjonsgitter eller tynne filmer.
Imidlertid kan røntgenstråler diffrakteres av krystaller. Krystaller har et regelmessig arrangement av atomer, og avstanden mellom atomene er i samme størrelsesorden som bølgelengden til røntgenstråler. Dette betyr at røntgenstråler kan diffrakteres av atomene i en krystall, og denne diffraksjonen kan brukes til å bestemme strukturen til krystallen.