XRR ist eine zerstörungsfreie, hochgenaue Methode zur Bestimmung der Dicke und Rauheit dünner Schichten mit Dicken von wenigen Nanometern bis zu einigen hundert Nanometern sowie der optischen Eigenschaften der reflektierenden Grenzflächen. Die Technik verwendet die durchschnittliche Elektronendichte einer Schicht und kann daher keine Informationen über die elementare Zusammensetzung liefern. Bei XRR wird die spiegelnd reflektierte Intensität gemessen, die sich aus einem einfallenden Röntgenstrahl ergibt. Das Variieren des Einfallswinkels zeigt Oszillationen in der aufgezeichneten Intensität aufgrund von Interferenzeffekten zwischen Reflexionen von verschiedenen Schichtgrenzen, und dementsprechend ist die Periode dieser Oszillationen direkt mit der Dicke der Schicht korreliert.