Un faisceau de RX de longueur d'onde définie est envoyé sur une cible en graphite comportant des électrons libres. A la traversée de la cible, les RX possèdent une longueur d'onde qui dépend de l'angle de positionnement du détecteur ( ). La variation de la longueur d'onde est indépendante de la longueur d'onde incidente mais dépend uniquement de l'angle .

Cet effet découvert et interprété par Compton en 1923, utilise la notion corpusculaire du rayonnement et repose sur un processus de collision entre le photon et l'électron libre dans le graphite. Contrairement à l'effet photoélectrique où le photon est totalement absorbé par l'électron lié au métal, l'effet Compton est caractérisé par une diffusion du photon avec cependant la perte d'une partie de son énergie.

Figure 8 : Interaction d'un faisceau RX avec une cible en graphite. A la sortie de la cible les RX ont une longueur d'onde qui dépend de la direction θ.