يستخدم جهاز حيود الأشعة السينية أحادي البلورة بشكل أساسي لتحديد البنية المكانية ثلاثية الأبعاد وكثافة سحابة الإلكترون للمواد البلورية مثل المركبات غير العضوية والعضوية والمعدنية، وتحليل بنية المواد الخاصة مثل التوأمة والبلورات غير المتناسبة والبلورات شبه البلورية وما إلى ذلك.

تحديد المساحة ثلاثية الأبعاد الدقيقة (بما في ذلك طول الرابطة وزاوية الرابطة والتكوين والتكوين وحتى كثافة الإلكترون الرابط) لجزيئات المركبات الجديدة (البلورية) والترتيب الفعلي للجزيئات في الشبكة؛ ويمكنه توفير معلومات حول معلمات الخلية البلورية والمجموعة الفراغية والبنية الجزيئية البلورية والرابطة الهيدروجينية بين الجزيئات والتفاعلات الضعيفة، بالإضافة إلى المعلومات البنيوية مثل التكوين الجزيئي والتكوين. ويستخدم على نطاق واسع في البحث التحليلي في علم البلورات الكيميائي وعلم الأحياء الجزيئي وعلم الأدوية وعلم المعادن وعلوم المواد.