中子衍射主要应用于：
1、晶体单色器
从反应堆引出的热中子是连续谱。如果再引出孔道外面安置一单晶片，中子束以掠射角
射向单晶片。根据布喇格条件
在与入射方向成
角的方向上可接受到波长为
的单能中子，
是反射晶面的间距。改变不同的，就可以得到不同波长的单能中子。
2、极化中子中子束
选取适当的铁磁晶体，通过相干衍射可以有效地得到极化中子束。下面说明其原理。
对于任一非极化中子束，我们都可以看成两个相反方向极化中子束之和。将中子束射到铁磁晶体表面，在某一晶面上发生布喇格反射。由于磁散射振幅的大小与反射面和掠射角有关，因此对于某种晶体，反射束中只有自旋朝上的中子存在，才能达到产生极化中子束的目的。
3、晶体空间结构测定
根据布喇格衍射公式，要测定晶面间距和其它有关参量，要求中子波长和同数量级。一般晶体晶面间距在（0.1~1）nm之间，从反应堆出来的热中子能量在（0.1~0.0001）eV之间，相应的波长为（0.03~3）nm，正好满足要求。
首先是轻元素的定位工作。例如各种无机碳氢、氧化物、NaH、TiHZrHHfHPdHWCMoCThC、UC、PbO、BaSO、SnO等结构中轻元素的位置，主要都是靠中子衍射定出的，近期以来已经扩展到有机分子方面如氨基酸维生素B，以至肌红蛋白等较复杂大分子的结构研究；对近邻元素研究方面，可以举出对3d过渡族合金Fe-CoFe-Co-VFe-Cr、Ni-Mn、Ni-Cr等样品有序度的研究，这也是用X 射线很难作的；
4、磁结构方面的应用
用中子衍射研究磁结构最早的工作是液氮温度下MnO的反铁磁结构探讨，确定了Mn原子在(111)面内近邻的磁矩方向相反20世纪50年代曾对许多反铁磁体如FeONiOCoO[kg1]-FeO等进行了中子衍射研究，对尖晶石型铁氧体如FeOMnFeO及石榴石型铁氧体如YFeO[kg2]等也作了测量，证明了L.-E.F.奈耳提出的磁结构模型是正确的。
利用中子在磁性物质上的磁散射，还可以确定物质中原子磁距的大小、取向和分布。螺旋磁结构的发现就是中子衍射测量的结果。50年代末首先在MnO中发现螺旋磁结构，继后在稀土及其合金中发现了各种各样螺旋磁结构，近年来还在一些反铁磁体中发现非共线反铁磁结构，此外还用中子衍射方法研究了晶胞中各晶位的磁矩大小磁电子密度分布磁。