Le diffractomètre monocristallin à rayons X est principalement utilisé pour déterminer la structure spatiale tridimensionnelle et la densité du nuage électronique de substances cristallines telles que les complexes inorganiques, organiques et métalliques, et pour analyser la structure de matériaux spéciaux tels que le maclage, les cristaux non proportionnés, les quasicristaux, etc.

Déterminer l'espace tridimensionnel précis (y compris la longueur de liaison, l'angle de liaison, la configuration, la conformation et même la densité électronique de liaison) des nouvelles molécules composées (cristallines) et la disposition réelle des molécules dans le réseau ; il peut fournir des informations sur les paramètres de la cellule cristalline, le groupe spatial, la structure moléculaire cristalline, les liaisons hydrogène intermoléculaires et les interactions faibles, ainsi que des informations structurelles telles que la configuration et la conformation moléculaires. Il est largement utilisé dans la recherche analytique en cristallographie chimique, biologie moléculaire, pharmacologie, minéralogie et science des matériaux.