X射線光電子能譜儀一般由X射線源、電子能量分析器、電子探測器和數據系統，以及其他附件構成。除了數據系統外，其他部件都要在超高真空下運行。原因在于，在超高真空下光電子可以避免與殘余氣體分子發生碰撞損失，另一方面樣品表面也可以避免吸附殘余氣體分子而影響樣品結果。X光源激發到樣品上，樣品表面的電子被激發出來，經過傳輸透鏡。此后通過電子能量分析器對光電子的動能進行分辨，再通過電子探測器對電子進行計數。到達數據系統進行分析，就可以呈現出X射線光電子能譜。
X射線光電子能譜儀的特點：
（1）可以分析除H和He以外的所有元素，對所有元素的靈敏度具有相同的數量級。
（2）相鄰元素的同種能級的譜線相隔較遠，相互干擾較少，元素定性的標識性強。
（3）能夠觀測化學位移。化學位移同原子氧化態、原子電荷和官能團有關。化學位移信息是XPS用作結構分析和化學鍵研究的基礎。
（4）是一種高靈敏超微量表面分析技術。
X射線光電子能譜儀的主要用途：
基于光電效應，采用X射線激發被測樣品表面納米尺度內的原子發射光電子，通過系統探測其所發射光電子的動能等信息，進而實現樣品表面的元素組成及化學鍵狀態的定性和定量分析，能進行最外層表面區域的分析，能進行除H和He以外所有元素的分析，靈敏度高，具備化學組成、價態、深度剖析及成像、功函數特性的分析與表征功能。
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