X射线晶体学是观察分子三维结构的一种方法。原子的电子云会使X射线稍微弯曲。这使得分子的"图像"可以在屏幕上看到。它既可用于有机分子,也可用于无机分子。在此过程中,样品不会被破坏。

该技术是由威廉-布拉格爵士(1862-1942)和他的儿子劳伦斯-布拉格爵士(1890-1971)共同发明的。他们获得了1915年的诺贝尔物理学奖。劳伦斯-布拉格是最年轻的诺贝尔奖获得者。1953年2月,当詹姆斯-D-沃森(James D. Watson)、弗朗西斯-克里克(Francis Crick)、莫里斯-威尔金斯(Maurice Wilkins)和罗莎琳德-富兰克林(Rosalind Franklin)发现DNA结构时,他是剑桥大学卡文迪许实验室的主任。

最古老的X射线晶体学方法是X射线衍射(XRD)。X射线射向单个晶体,其散射的方式会产生一个图案。这些图案被用来计算出晶体内部原子的排列。