(1)元素定性分析

各種元素都有它的特征的電子結合能，因此在能譜圖中就出現特征譜線，可以根據這些譜線在能譜圖中的位置來鑒定周期表中除H和He以外的所有元素。通過對樣品進行全掃描，在一次測定中就可以檢出全部或大部分元素。

(2)元素定量分折

X射線光電子能譜定量分析的依據是光電子譜線的強度(光電子蜂的面積)反映了原于的含量或相對濃度。在實際分析中，采用與標準樣品相比較的方法來對元素進行定量分析，其分析精度達1％～2％。

(3)固體表面分析

固體表面是指最外層的1～10個原子層，其厚度大概是(0.1~1)nm。人們早已認識到在固體表面存在有一個與團體內部的組成和性質不同的相。表面研究包括分析表面的元素組成和化學組成，原子價態(tài)，表面能態(tài)分布。測定表面原子的電子云分布和能級結構等。X射線光電子能譜是常用的工具。在表面吸附、催化、金屬的氧化和腐蝕、半導體、電極鈍化、薄膜材料等方面都有應用。

(4)化合物結構鑒定

X射線光電子能譜法對于內殼層電子結合能化學位移的精確測量，能提供化學鍵和電荷分布方面的信息。

5）分子生物學中的應用：
利用XPS鑒定維生素B12中的少量的Co。

6）膜表面深度分析：
用Ar+離子束對清除材料表面污染層，對材料進行深度剖析。