O difratômetro de cristal único de raios X é usado principalmente para determinar a estrutura espacial tridimensional e a densidade da nuvem de elétrons de substâncias cristalinas, como complexos inorgânicos, orgânicos e metálicos, e para analisar a estrutura de materiais especiais, como cristais gêmeos, não proporcionais, quasicristais, etc.
Determinar o espaço tridimensional preciso (incluindo comprimento de ligação, ângulo de ligação, configuração, conformação e até mesmo densidade de elétrons de ligação) de novas moléculas compostas (cristalinas) e o arranjo real de moléculas na rede; Pode fornecer informações sobre os parâmetros da célula cristalina, grupo espacial, estrutura molecular do cristal, ligação de hidrogênio intermolecular e interações fracas, bem como informações estruturais, como configuração e conformação molecular. É amplamente utilizado em pesquisa analítica em cristalografia química, biologia molecular, farmacologia, mineralogia e ciência dos materiais.