Von
Laue偶然间有了这样一个想法，当X射线穿过一个晶体时，由于原子的存在，它们将发生散射，然后就像拍打海岸的波浪那样互相干扰。在某些地方，一些波会加入到另一些波中，而在另一些地方则可能出现相互抵消。这样一来，衍射图样就能被用于计算那些分散原始X射线的原子的位置。1912年，Von
Laue及其同事利用硫酸铜样本证明了这一理论。

　　1913年，研究人员能够通过衍射图像确定金刚石中碳原子的四面体结构。1923年，科学家制作了首个有机分子(环六亚甲基四胺)的衍射图像，证实了这种分子也能组成晶体的重复元素。1925年，对石英结构的认知打开了矿物学的大门。

　　1952年，Rosalind Franklin制作了DNA的X射线图，从而帮助James Watson和Francis
Crick创造了著名的双螺旋结构模型。1958年，首个成像蛋白质(肌红蛋白)的不规则褶皱让人们十分惊讶。1970年，同步加速器进入该领域，这些设备使得晶体学迅速繁荣。