當原子受高能電子或光子撞擊時,原子內層軌域之電子將吸收此能量而移出,並在該軌域形成"空位"。此空位將由外層電子移入填補,並將內、外層軌域之能階差以 X 光的形式放出 (或同時發生另一種現象,將更外層的電子撞擊移出軌域,此電子稱為 Auger 電子)。
如 K 層產生空位時,若由 L 層電子移入填補此空位,則將產生Ka X 光;由 M 層移入時將產生 Kb X 光。若 L 層產生空位時,則將由 M 層以上電子移入填補,同時產生 La、Lb…等 X 光,由於此 X 光 (Ka、Kb、La、Lb…等) 的波長 (能量) 為個別元素之特性光譜線,稱為 X 光特性光譜線。
XRF 光譜分析原理即為量測此 X 光特性光譜線在該元素之特定波長位置是否出現,達到定性分析的目的,同時在該波長位置比對 (或計算) 光譜強度得到定量分析結果。