在表面科学中，低能电子衍射（LEED）是一项关键技术，主要针对高取向晶体表面的晶格特性进行研究，如晶格畸变和吸附效应。LEED在透射电子显微镜（TEM）中也有应用，通过聚焦的电子束精确探测纳米结构中的局部有序结构，但其主要功能是晶格类型识别，而非元素分析。
反射式高能电子衍射（RHEED）则在分子束外延等设备的生长过程中起到重要作用，它能实时监测表面晶格的平整度，并观察材料生长过程中衍射强度和位置的波动，对于表面晶格的评估非常有效。
在电子显微镜的附件中，场发射扫描电子显微镜（FESEM）结合选区电子衍射（SAD），能够进行元素分析，尤其适合小区域的成分研究，但结果可能较为粗糙。电子衍射的基本原理与XRD相似，它观察到的衍射图案是表面晶格的倒易格点，主要用于二维晶体结构的确认，而非三维体晶格研究。
总的来说，电子衍射主要应用于二维晶体结构的检测，而非三维结构的详细分析或元素鉴定。其基本构成包括灯丝产生电子、加速电压（包括可控电压和转向电压）以及荧光屏，所有操作都需要在超高真空环境中进行，配合样品台和可能的CCD图像采集系统，以进行更深入的分析。
当电子波（具有一定能量的电子）落到晶体上时，被晶体中原子散射，各散射电子波之间产生互相干涉现象。晶体中每个原子均对电子进行散射，使电子改变其方向和波长。在散射过程中部分电子与原子有能量交换作用，电子的波长发生变化，此时称非弹性散射；若无能量交换作用，电子的波长不变，则称弹性散射。在弹性散射过程中，由于晶体中原子排列的周期性，各原子所散射的电子波在叠加时互相干涉，散射波的总强度在空间的分布并不连续，除在某一定方向外，散射波的总强度为零。