X射线残余应力分析仪的原理是基于X射线衍射现象，当X射线照射到晶体材料时，会发生衍射。材料内部存在应力时，会使晶体点阵发生畸变，导致衍射角发生变化。通过测量衍射角的变化，就可以计算出材料内部的应力状态。
 
这种方法可以对材料表面及近表面一定深度范围内的内部应力进行非破坏性测量。不过，其测量深度通常有限，一般只能测量到材料表面下几十微米到几百微米的深度范围，具体取决于材料的种类、X射线的波长等因素。如果要测量更深部位的内部应力，还需要结合其他方法，如剥层法，电解抛光等。