Фотоэлектронная спектроскопия позволяет определять энергии связи остовных уровней в твердом теле. Для каждого элемента существует свой набор энергий остовных уровней (наподобие „отпечатков пальцев“), при этом энергии остовных уровней, соответствующие различным элементам, довольно хорошо энергетически разделены. Данная методика позволяет идентифицировать различные элементы по фотоэлектронным спектрам, т.е. получить информацию об элементном составе изучаемой системы. Определяя энергии пиков в фотоэлектронных спектрах, можно получать информацию не только о том, атомы какого элемента находятся на поверхности твёрдого тела, но и в каком они химическом состоянии. Формирование химической связи между атомами твёрдого тела, сопровождающееся перераспределением электронной плотности, может приводить к изменению энергии связи электронов, что, естественно, будет проявляться и в изменении кинетической энергии фотоэлектронов.