La técnica es similar a la cristalografía de rayos X, pero debido a sus diferentes propiedades de dispersión, los neutrones y los rayos X proporcionan información complementaria: los rayos X son adecuados para análisis superficiales, los rayos X más potentes generados en un sincrotrón son adecuados para profundidades someras o muestras delgadas, mientras que los neutrones tienen una alta penetración y son adecuados para muestras volumétricas.

[1]​ La técnica requiere una fuente de neutrones, que generalmente se producen en un reactor nuclear o mediante espalación.

Como todos los cuantos de partículas, los neutrones pueden exhibir fenómenos ondulatorios típicamente asociados con la luz o con el sonido.

En consecuencia, dicho haz se puede utilizar para realizar ensayos de difracción.

Los rayos X interactúan principalmente con la nube de electrones que rodea cada átomo.

Por otro lado, los neutrones interactúan directamente con el núcleo del átomo, y la contribución a la intensidad difractada depende de cada isótopo; por ejemplo, el hidrógeno normal y el deuterio contribuyen de forma diferente.

Por lo tanto, la difracción puede mostrar picos fuertes y bien definidos incluso en ángulos elevados, especialmente si el experimento se realiza a bajas temperaturas.

Esto se puede convertir fácilmente al campo de las tensiones experimentadas por el material,[1]​ lo que se ha utilizado para analizar el comportamiento mecánico de los materiales en el sector aeroespacio y en la industria automotriz entre otros campos.

La alta profundidad de penetración permite medir tensiones residuales en componentes a granel como cigüeñales, pistones, rieles y engranajes.

[8]​ Actualmente, la difracción de neutrones se sigue utilizando para caracterizar materiales magnéticos recientemente desarrollados.

[9]​ Las longitudes de dispersión de neutrones bH = -3.7406(11) fm[10]​ y bD = 6.671(4) fm,[10]​ para H y D respectivamente, tienen signo opuesto, lo que permite a la técnica distinguirlas.

No es deseable trabajar con una concentración relativamente alta de hidrógeno (H) en una muestra.

El patrón elástico normalmente consiste en reflexiones de Bragg agudas si la muestra es cristalina, que tienden a atenuarse en el fondo inelástico.

La energía cinética de los neutrones utilizados para la irradiación será un parámetro experimental importante.

La DGNAA (activación con radiación gamma retardada) es aplicable a la gran mayoría de elementos que forman radioisótopos artificiales.

Los análisis con radiación gamma retardada suelen realizarse durante días, semanas o incluso meses.

Para muchos trabajadores sobre el terreno, un reactor es un artículo demasiado caro; en cambio, es común utilizar una fuente de neutrones que utiliza una combinación de un emisor alfa y berilio.

Estas fuentes tienden a ser mucho más débiles que los reactores.

El germanio se procesa para formar un diodo p-i-n (positivo-intrínseco-negativo), y cuando se enfría con nitrógeno líquido a ~77 K para reducir las corrientes parásitas y el ruido del detector, produce una señal que es proporcional a la energía del fotón de la radiación entrante.

También se puede utilizar el elemento semiconductor silicio, pero se prefiere el germanio, ya que su mayor número atómico lo hace más eficiente para detener y detectar rayos gamma de alta energía.

Los detectores de partículas también se pueden utilizar para detectar la emisión de partículas alfa (α) y beta (β) que a menudo acompañan a la emisión de un fotón gamma pero que son menos favorables, ya que estas partículas solo se emiten desde la superficie de la muestra y a menudo son absorbidas o quedan atenuadas por los gases atmosféricos, lo que hace que se requieran costosas condiciones de vacío para ser detectadas eficazmente.

Los rayos gamma, sin embargo, no son absorbidos ni atenuados por los gases atmosféricos y también pueden escapar desde lo más profundo de la muestra con una absorción mínima.

El análisis por activación de neutrones puede detectar hasta 74 elementos según el procedimiento experimental, con límites mínimos de detección que oscilan entre 0,1 y 1x106 ng g−1 según el elemento que se esté investigando.

Algunos núcleos pueden capturar cierta cantidad de neutrones y permanecer relativamente estables, sin sufrir transmutación ni desintegración durante muchos meses o incluso años.

Otros núcleos se desintegran instantáneamente o forman solo isótopos estables y solo pueden identificarse mediante análisis rápido de activación de neutrones gamma.

Esta técnica se utiliza porque no es destructiva y puede relacionar un artefacto con su fuente mediante su firma química.

Así mismo, contribuye a localizar depósitos de minerales y rastrear ciertos elementos.