El difractómetro de rayos X de cristal único se utiliza principalmente para determinar la estructura espacial tridimensional y la densidad de nubes de electrones de sustancias cristalinas como complejos inorgánicos, orgánicos y metálicos, y para analizar la estructura de materiales especiales como maclado, cristales no conmensurables, cuasicristales, etc.

Determinar el espacio tridimensional preciso (incluyendo longitud de enlace, ángulo de enlace, configuración, conformación e incluso densidad electrónica de enlace) de nuevas moléculas compuestas (cristalinas) y la disposición real de las moléculas en la red; Puede proporcionar información sobre los parámetros de la celda cristalina, el grupo espacial, la estructura molecular cristalina, los enlaces de hidrógeno intermoleculares y las interacciones débiles, así como información estructural como la configuración y conformación molecular. Se utiliza ampliamente en la investigación analítica en cristalografía química, biología molecular, farmacología, mineralogía y ciencia de los materiales.