Il diffrattometro a cristallo singolo a raggi X viene utilizzato principalmente per determinare la struttura spaziale tridimensionale e la densità della nube elettronica di sostanze cristalline come complessi inorganici, organici e metallici e per analizzare la struttura di materiali speciali come cristalli geminati, non commensurati, quasicristalli, ecc.

Determina lo spazio tridimensionale accurato (inclusa la lunghezza del legame, l'angolo di legame, la configurazione, la conformazione e persino la densità elettronica del legame) di nuove molecole composte (cristalline) e l'effettiva disposizione delle molecole nel reticolo; può fornire informazioni sui parametri delle celle cristalline, sul gruppo spaziale, sulla struttura molecolare del cristallo, sul legame idrogeno intermolecolare e sulle interazioni deboli, nonché informazioni strutturali come la configurazione e la conformazione molecolare. È ampiamente utilizzato nella ricerca analitica in cristallografia chimica, biologia molecolare, farmacologia, mineralogia e scienza dei materiali.