X射线波谱仪，构造原理与X射线荧光谱仪基本相同，只是用电子而不是用X射线作为激发源。

X射线波谱仪的特点是分辨率高，通常为5—10eV，且可在室温下工作，因此分析的精度高而检测极限低。此外，根据布拉格定理2dsinθ=λ，采用晶面间距d大的分光晶体，可以分析标识X射线波长为λ的硼、碳、氮、氧等轻元素。但是X射线波谱仪也有其局限性，它的分光晶体接受X射线的立体角小，X射线的利用率低；此外，试样要求象金相试样那样表面平正光洁，不能分析凸凹不平的试样。