在XRF分析法中，從X光發射管里放射出來的高能初級射線光子會撞擊樣本元素。這些初級光子含有足夠的能量可以將*里層即K層或L層的電子撞擊脫軌。這時，原子變成了不穩定的離子。由于電子本能會尋求穩定，外層L層或M層的電子會進入彌補內層的空間。在這些電子從外層進入內層的過程中，它們會釋放出能量，稱之為二次X射線光子。而整個過程則稱為螢光輻射。每種元素的二次射線都各有特征。而X射線光子螢光輻射產生的能量是由電子轉換過程中內層和外層之間的能量差決定的。特定元素在一定時間內所放射出來的X射線的數量或者密度，能夠用來衡量這種元素的數量。典型的XRF能量分布光譜顯示了不同能量時光子密度的分布情況。