Rentgenska kristalografija je izjemno natančen, a tudi težak in drag način za slikanje natančne strukture dane molekule ali makromolekule v kristalni mreži. Ker raznolik nabor materialov proizvaja kristale, vključno s solmi, kovinami, minerali, polprevodniki in različnimi anorganskimi, organskimi in biološkimi molekulami, je rentgenska kristalografija bistvena za številna znanstvena področja. Kristal je vsaka redno ponavljajoča se razporeditev enotnih celic, katerih velikost je od manj kot 100 atomov (kristalografija z majhnimi molekulami) do več deset tisoč – makromolekularna kristalografija).
Rentgenska kristalografija je znana po tem, da je bila orodje, s katerim so prvič odkrili strukturo DNK, uporabljali pa so jo tudi za določanje strukture diamanta, kuhinjske soli, penicilina, številnih beljakovin in celotnih virusov. Z uporabo rentgenske kristalografije je bilo opisanih več kot 400,000 struktur. Te je mogoče najti v bazi podatkov Cambridge Structure.
Za analizo vzorca z rentgensko kristalografijo je treba najprej pridobiti kristal materiala, ki ga preučujemo, visoke čistosti z zelo pravilno strukturo. To je pogosto najtežji del, saj imajo številni kristali napake v nanometrskem merilu, ki otežujejo rentgensko kristalografijo.
Nato vzorec izpostavimo intenzivnemu žarku rentgenskih žarkov z enakomerno valovno dolžino. Ti rentgenski žarki ustvarijo difrakcijski vzorec, ko se odbijajo od vzorca. Ta difrakcijski vzorec je nekoliko podoben tistemu, ki ga opazimo, ko se v ribnik vrže več kamnov – kjer se valovi križajo, so vrhovi, ki sestavljajo difrakcijski vzorec.
S počasnim vrtenjem kristala, udarjanjem z rentgenskimi žarki in natančnim zapisovanjem difrakcijskih vzorcev pri vsaki orientaciji lahko izpeljemo zemljevid elektronske gostote. Ta zemljevid elektronske gostote se nato uporabi za oblikovanje hipoteze o atomski strukturi, ki ji ustreza. Difrakcijski vzorci se nato analizirajo glede na domnevno strukturo in če se zdi verjetno, da bi dana struktura ustvarila opazovani difrakcijski vzorec, se naredi sklep. Rezultat se nato naloži v centralne baze podatkov prej omenjene vrste.