X射線熒光分析法可用于冶金、地質、化工、機械、石油、建材等工業部門，以及物理、化學、生物、地學、環境科學、考古學等。還可用于測定涂層和金屬薄膜的厚度和組成以及動態分析等。在常規分析和某些特殊分析方面，包括工業上的開環單機控制和閉環聯機控制，本法均能發揮重大作用。分析范圍包括原子序數Z≥3（鋰）的所有元素，常規分析一般用于Z≥9（氟）的元素。分析靈敏度隨儀器條件、分析對象和待測元素而異，新型儀器的檢出限一般可達10-5～10-6克／克；在比較有利的條件下，對許多元素也可以測到10-7～10-9克/克（或10-7～10-9克／厘米3），而采用質子激發的方法，其靈敏度更高，檢出限有時可達10-12克／克（對Z＞15的元素）。至于常量元素的測定，X射線熒光分析法的迅速和準確，是許多其他儀器分析方法難與相比的。化學態研究
隨著大功率X射線管和同步輻射源的應用、各種高分辨率X射線分光計的出現、計算機在數據處理方面的廣泛應用，以及固體物理和量子化學理論計算方法的進步，通過X射線光譜的精細結構（包括譜線的位移、寬度和形狀的變化等）來研究物質中原子的種類及基的本質、氧化數、配位數、化合價、離子電荷、電負性和化學鍵等，已經取得了許多其他手段難以取得的重要結構信息，在某些方面(例如配位數的測定等)甚至已經得到非常滿意的定量結果。