肽或蛋白质的三维结构是其生物活性的决定因素。因此，准确测定肽的三维结构对于预测其生物活性十分重要。 X射线晶体学衍射分析迄今仍然是蛋白质和核酸三维结构测定是最主要的方法。生物大分子晶体是从20世纪60年代发展起来的，迄今为止已经有50余年的历史。那时科学家们对蛋白质等生物大分子结构测定的效率是不乐观的，这是因为使用X射线衍射方法测定结构的步骤繁多，数据量大，而且有些步骤无理论根据可循，晶体生长被戏称为类似于杂技团的绝技。从20世纪60年代末进入70年代，X射线晶体衍射分析从对生物大分子三维结构测定进入生物大分子三维结构及其生物学功能之间关系的研究，从此它既是分子生物学研究的重要手段，同时也开始为结构生物学的建立和发展创造着条件。 衍射现象是由于光的干涉行程单。当入射波与狭缝相遇后，狭缝上的每一点都是一点光源，它们能产生干涉，因而在空间任一点的振幅，将是由各个散射波到达这一点时相互间的波程差叠加的结果。 X射线衍射也正源于上述衍射现象。一个晶体包括上亿个有序排列的基本单元；在晶体的所有重复单元中，每个原子的核外电子对 X射线散射的波形是可以叠加的。散射可通过傅里叶综合计算重复单元的电子密度图。然而电子密度图的计算必须得到散射光束的振幅和他们的相位，因而在结构解析中存在着相位问题。
X射线衍射结构分析主要基于两方面原理，第一是衍射线的方向，即衍射图上斑点的位置，用它可以确定晶胞的大小和形状。衍射线的方向与晶胞大小的关系用劳厄方程和布拉格方程描述；第二是衍射线的强度，即衍射图上斑点的亮度或黑度，用它可以确定晶胞中原子的空间排布。衍射线的强度与晶胞中原子排布的关系用布拉格方程确定。
现在，生物大分子晶体学已不再满足于静态晶体结构的测定，而追求与生物大分子发挥生物功能相伴随的动态晶体结构的测定。生物大分子及其复合体的结构不是刚性的，而是有柔性的，存在着在不同层次的不同自由度的运动，它们是生物大分子发挥生物功能的基础和条件。另一方面，生物大分子发挥功能的过程就是和其分子相互作用的过程，也是构象变化的过程。因此生命的结构必然是运动的结构，晶体结构分析也必须分析晶体结构的运动。X射线晶体结构分析正努力在第四维时间坐标上跟踪、分辨和描述生物大分子的结构变化，即所谓四维晶体结构测定。由于同步辐射所提供的X射线光源可以达到很高强度，因而可以在以秒计的时间范围收集一套完整的衍射数据，使得在以秒计的时间范围内的结构动态测定成为可能。
综上所述，X射线晶体学可在原子或接近原子的水平上分析肽原子的精细三维结构，并
适用于研究各种大小肽分子的结构，甚至可以测定全病毒和核糖体的结构。晶体结构提供的是静态，但是极为精确的一个个肽分子堆积于晶体中的画面。X射线晶体衍射曾经是蛋白质结构测定的唯一手段，并且在现在和可见的将来仍将是原子水平上解析蛋白质结构的最主要和最有效的手段。最近一些年，蛋白质X射线晶体学无论从结构测定的方法还是从结构测定所用的仪器上都有了飞跃的发展。可变波长的同步辐射加速器的应用使高分辨率、高质量的衍射数据变得较为容易获得。低温技术的广泛应用使冷冻后的蛋白质晶体在衍射过程中所受的辐射损害大为减小，从而将低了对晶体的要求并提高了数据质量。各种形式的面探测器和CCD的出现大幅度提高了数据收集速度及精度。而各种计算机硬件和软件的发展更为晶体学发展提供了强有力的计算工具。如今，在相当程度上，蛋白质晶体学已成为一种常规的技术手段，它可在原子或接近原子的水平上分析蛋白质的精细三维结构。
肽分子结构测定主要包括以下几个过程：
第一步、克隆、表达、纯化、解析肽分子晶体结构的前提是制备均一的肽分子样品并获得晶体。因此获得表达量高，纯化效果好的肽分子对后续步骤，特别是结晶起到极其重要的作用。
第二步、结晶。在大多数情况下，肽分子结晶是工作的瓶颈，需要通过大量的条件筛选和优化以使肽分子间的弱相互作用促使肽分子形成高度有序的晶体而不是随机聚合形成沉淀。尽管已有相当数量的论文和专著在研究这个问题，但采用一定的标准方案并不能保证长出所需的单品。肽分子晶体作为一种有序的分子聚集，受到诸如pH、温度、沉淀剂、缓冲液类型、添加剂及本身分子结构等众多因素的影响。在一定程度上，肽分子结晶仍是一门艺术。
第三步、数据收集及处理。通常利用X射线光束照射在一定角度范围内旋转的肽分子晶体。同时记录晶体对X光散射的强度。这些强度可转换为结构测定中结构因子的振幅。此外，在Laue法中，晶体通常保持静止而使用连续X光波长收集数据。
蛋白质晶体第四步、相角的测定。结构因子的振幅及相角是物理上相对独立的量。由于结构因子相角的全部信息在收集数据时丢失，因此必须通过其他途径来得到它们的信息。除结晶外，相角的测定在结构分析中仍然是一个问题最多的部分。
第五步、相角的优化。电子密度图的质量及其后的可解释性主要决定于相角的准确性。有的情况下采用晶胞中不对称单位中的等同部分的电子密度平均，有可能大大地改善误差
较大的起始相角。
第六步、电子密度图的解释。相位确定后，可开始计算电子密度图。若从电子密度图能跟踪出肽链走向和分辨出二级结构，则可能推出多肽链的三维折叠方式。进而根据氨基酸序列，就可能构建出原子坐标形式的肽分子模型进行修正。
第七步、修正。考虑到已建立的立体化学资料的限制，根据X射线衍射数据对初始的肽分子模型进行修行。
第八步、结构的描述和与功能关系的研究。
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