X射線殘余應力分析儀的原理是基于X射線衍射現象，當X射線照射到晶體材料時，會發生衍射。材料內部存在應力時，會使晶體點陣發生畸變，導致衍射角發生變化。通過測量衍射角的變化，就可以計算出材料內部的應力狀態。
 
這種方法可以對材料表面及近表面一定深度范圍內的內部應力進行非破壞性測量。不過，其測量深度通常有限，一般只能測量到材料表面下幾十微米到幾百微米的深度范圍，具體取決于材料的種類、X射線的波長等因素。如果要測量更深部位的內部應力，還需要結合其他方法，如剝層法，電解拋光等。