全反射X射線熒光光譜儀的激發源主要有高功率的旋轉陽極X射線管、普通X射線熒光用的X射線管、同步輻射光源，甚至有放射性核素源。探測器通常用Si(Li)半導體探測器以及在能量色散x射線熒光光譜儀中的有關電子學線路和數據處理系統。

為了對全反射X射線熒光光譜儀的系統結構有初步的了解，下圖是全反射X射線熒光光譜儀的結構圖。該X熒光光譜儀的光源采用一種低電壓(～40kv)、大管流(～450mA)、高功率的旋轉陽極x射線管，用以激發x射線熒光。選用渦輪分子泵抽真空，X射線管工作時真空度為10-5pa.

為降低背景，圖中X熒光光譜儀采用雙單色器光學裝置。對于11≤Z≤30，用第一塊單色器選擇WLb1特征X射線(9.67kev)。

對于分析As、W、Pt和Au用第二塊單色器，選取W靶X射線管的連續譜中能量為13kev的X射線進行激發。

由單色器衍射后出射的單色光以等于或小于臨界角方向射人樣品臺，裝在樣品室內的自動樣品臺驅動機構可調節樣品高度和人射掠射角，并可對樣品進行分布測量。用一個激光束高度測量計控制樣品臺的高度和硅片表面偏斜度并對人射角進行微調。

入射的單色光從樣品上反射出去，而由樣品表面極薄的表面層產生的X射線熒光，由Si(Li)半導體探測器檢測。尋譜、解譜等譜處理方面與能量色散X射線熒光光譜相同。

這類儀器主要用于半導體硅片中雜質分析、硅片上表面污染分析及表面粗糙程度分析，樣品室可容納直徑為8英寸(20.32cm)的硅片。后有人研制了三重全反射x射線熒光光譜儀。該熒光光譜儀由X射線激發源、全反射裝置、Si(Li)探測器、前置和主放大器、多道脈沖高度分析器等信號處理系統和計算機等組成。

由X射線管產生的X射線經準直器準直射向反射體1，人射的X射線束中小于全反射臨界角的射線發生全反射，而大于臨界角的射線則被反射體1折射吸收(高能切割)，由反射體2反射的X射線射向反射體3(樣品反射體)。Si(Li)探測器位于樣品反射體的上方，呈垂直位置，可記錄由樣品發射出來的特征X射線。探測器的探頭與樣品反射體之間的距離僅為數毫米，可保證探測器有較大的立體角接收樣品產生的特征X射線，同時又能阻止從反射體邊緣來的多重散射光子進人探測器。探測器接收光子后將光信號轉為電脈沖信號的過程及數據處理等過程與能量色散X射線熒光光譜一致，這里不再重述。

閃爍計數器可以對人射及全反射X射線束分別進行測量，從而為準確調整全反射譜儀提供可靠的信息。

在光路中安置了三個反射體，反射體1為能量切割反射體，它固定不動，只隨整個裝置相對于人射X射線作微小偏轉導向反射體由三個差動微調螺旋機構定位樣品反射體由支撐框架定位，通過轉動壓緊螺旋使其準確定位在光路的預定位置上。反射體是全反射x射線熒光光譜儀的重要部件之一。用作反射體的材料應具備純度高、機械強度大、化學性質穩定和易于加工成高平整度的光滑表面等特點。高能切割反射體用經特殊處理的高純石英材料，以增大全反射的臨界角，減少調節光路的難度。高純石英用作樣品反射體。

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