能量色散X射線熒光光譜采用脈沖高度分析器將不同能量的脈沖分開并測量。能量色散X射線熒光光譜儀可分為具有高分辨率的光譜儀，分辨率較低的便攜式光譜儀，和介于兩者之間的臺式光譜儀。高分辨率光譜儀通常采用液氮冷卻的半導體探測器，如Si(Li)和高純鍺探測器等。低分辨便攜式光譜儀常常采用正比計數器或閃爍計數器為探測器，它們不需要液氮冷卻。近年來，采用電致冷的半導體探測器，高分辨率譜儀已不用液氮冷卻。同步幅射光激發X射線熒光光譜、質子激發X射線熒光光譜、放射性同位素激發X射線熒光光譜、全反射X射線熒光光譜、微區X射線熒光光譜等較多采用的是能量色散方式。