Die beim Auftreffen des Elektronenstrahls auf die Probe entstehende Röntgenstrahlung wird über eine Anordnung von Kristallen (Monochromatoren) geführt. Dabei erfolgt eine Auftrennung der Strahlung entsprechend der Wellenlänge, vergleichbar der Farbzerlegung des Lichtes mit einem Prisma. Da die Wellenlänge der Röntgenstrahlung charakteristisch für das emittierende Element ist, kann hiermit mit großer Genauigkeit auf die elementare Zusammensetzung der betrachteten Probe geschlossen werden. Insbesondere leichte Elemente wie z.B. Kohlenstoff und Sauerstoff können detektiert werden.
Diese Technik wird deshalb häufig zur Detektion z.B. von oxidativen Werkstoffveränderungen, organischen Rückständen auf Oberflächen oder zur Klärung der chemischen Zusammensetzung von Proben eingesetzt, bei denen die EDX-Analyse (REM/EDX) aufgrund von physikalischen Effekten (z.B. Peaküberlappung bei Gold und Schwefel) keine klares Ergebnis liefert.