Главной задачей рентгеноструктурного анализа является определение кристаллической структуры, а именно: определении симметрии, параметров элементарных ячеек, координат атомов, тепловых параметров атомов, длин связей и углов между атомами, структурного мотива (или иначе топологии структуры).В процессе расшифровки структуры  возможно уточнение таких кристаллохимических особенностей как упорядочение/разупорядочение катионов (анионов), степень заселенности позиций, анализ сверхструктур соединений.

Фазовый качественный и/или количественный анализ – идентификация различных кристаллических фаз и определение их относительных концентраций в смесях на основе анализа дифракционной картины, регистрируемой от исследуемых порошковых образцов.Прецизионное определение параметров элементарной ячейки известного вещества с целью обнаружения изоморфных примесей; индицирование рентгенограмм, определение параметров и возможной пространственной группы для новых соединений.

Позволяет получать информацию о температуре фазового перехода, наиболее достоверно интерпретировать разнообразные превращения: «твердое тело – твердое тело» (полиморфные переходы, распад и образование химических соединений и твердых растворов, аморфизация), «твердое тело – жидкость» (конгруэнтное, эвтектическое и перитектическое плавление, плавление твердых растворов, кристаллизация из расплава), «твердое тело – газ» (гидратация, дегидратация, потеря других, помимо H2O и OH, летучих компонентов) и др.

Исследования поверхностей и интерфейсов эпитаксиальных моно- и поликристаллических, а также аморфных слоев и гетероструктур. Определение толщин слоев, шероховатости границ раздела и поверхностей, определение ориентировки монокристаллов, величины рассогласования параметров элементарных ячеек гетерослоя и подложки, состава твердых растворов, степени кристалличности, плотности дислокаций, а также прецизионное определение параметров элементарной ячейки. Неразрушающий контроль массивных промышленных монокристаллов для электроники и оптики. Определение текстурных характеристик и остаточных напряжений в металлических и керамических образцах. Микроструктурный анализ – определение параметров мозаичной структуры и микронапряжений как в массивных образцах, так и в ультрадисперсных наночастицах.

Вспомогательные методы, позволяющие получать дополнительные данные, необходимые для правильной интерпретации результатов рентгенофазового и рентгеноструктурного анализа.

Спектроскопия в УФ и видимом диапазоне дает возможность путем исследования спектров поглощения и спектров диффузного рассеяния (диффузного отражения) в диапазоне длин волн от 250 нм (средний ультрафиолет) до 1100 нм (ближний ИК-диапазон) делать выводы о степени окисления и координационном окружении элементов, входящих в состав исследуемого вещества, и сопоставлять их с данными, полученными рентгеновскими методами.  Метод диффузного рассеяния особенно эффективен при изучении нанокристаллических полупроводниковых материалов.