能量色散X射线荧光光谱仪由X射线光管、样品室、准直器、探测器及技术电路和计算机组成。此外，亦可在样品前加一单色器，达到降低背景的目的，以改善色散X射线荧光光谱仪的检出限。它与波长色散X射线荧光光谱仪的显著不同是分光晶体，而是直接用能量探测器来分辨特征谱线，达到定性和定量分析的目的。

如图：

 当样品中待测元素的特征射线进入能量探测器时，既会产生电子孔穴对，其数量正比于入射光子的能量，经过前置放大器，产生典雅脉冲。由于前方产生的信号幅度小，信噪比低，需要慢脉冲成型放大器将其放大，并采用滤波器压制极低和的高频信号，改善信噪比，提高分辨率。

 在能量探测过程中，多道分析器起着模数转换的重要作用。多道分析器的作用是测量每一放大器的脉冲输出高度，按积分方式对脉高分类计数，完成模拟信号向数字信号的转换，形成脉冲高度光谱。在多道分析器中，首先利用模数转换器甄别脉冲信号的高度（能量），并按其能量分类以一定能量间隔作为X轴（道），统计在该能量间隔内的脉冲数，得到相应能量的技术，并作为Y轴。从而获得我们熟知的每道能量间隔的光子计数。

 由于放大器和多道分析器均需要一定的时间进行信息的处理和系统的重置与恢复，在此期间无法接受新的脉冲信号，故会产生系统死时间。当计数率高的时候，两个X射线光子在放大器输出脉冲宽度内同时达到探测器的机率很高，这时会出现脉冲堆积，两个脉冲不能被分辨，脉冲发生畸变。故在多道分析器中，通常都会配置死时间校正和抗脉冲堆积电路来克服这两个问题。

 此外，在能量色散XRF光谱仪中采用充He气条件时，应小心，因为He可能穿透过较薄的探测器Be窗，损害探测器的低温真空系统。