低维薄膜的表面和界面：由于不同外延层之间的空间约束和纳米级耦合，复杂氧化物材料可以表现出丰富的物理现象，包括铁电性、磁性、多铁性、电子和离子电导率、超导性以及电、磁、弹性和光学耦合等。表面X射线衍射是检查低维氧化物等薄膜材料原子结构的理想工具。X射线技术的优点之一是可以在不破坏样品的情况下获得薄膜的表面和结构。因此， X射线表面衍射可以提供原位材料生长或加工中表面和界面结构的演变，这对于控制材料结构和理解由此产生的特性至关重要。
固体表面的原子级结构：科学家越来越需要准确确定表面结构，以便了解在固态气体或固真空环境中发生的过程。测定结构是表面科学的主要挑战之一。表面X射线衍射已经发展成为实现这一目标的有力技术。来自三代光源的高亮度X射线对于确定拓扑绝缘体、二维材料和III-V族半导体等复杂材料表面弱散射原子（氧、氮和碳）的位置至关重要。在这些系统中，可以原位监测表面的重建、弛豫、吸收、反应信息。
固-液、液-液界面：X射线能够穿透物质并探测感兴趣的界面，即使在液固界面和液-液界面等环境中，活动也涉及从溶液到固体底物的结晶单层，油-水界面的两亲分子，固体和液体界面的脂质和蛋白质的行为。另一个重要的科学领域包括电化学界面、密闭液体、聚合物相互扩散、胶体相互作用。
生物膜、软物质中的自组装：软物质是由分子组成的多组分、多相、非平衡系统，其中许多原子（主要是碳、氢、氧和氮）通过共价键连接，例如生物材料、聚合物和液晶。在这些领域，了解表面和界面特性变得至关重要。表面X射线衍射将使这些结构能够在其自然水或化学环境中进行研究。软物质活动涉及材料加工、聚合物自组装、受限几何动力学、生物膜结构动力学、生物材料与固体表面之间的相互作用等的原位研究。
