koşulu test edilir. Çeşitli
koşullar molekülün erirliğini azaltacak bir ya da daha fazla fiziksel
mekanizmayı kullanabilir; örneğin bazıları pH'ı değiştirebilir, bazıları
Hofmeister serilerinin tuzlarını ya da solüsyonun dielektrik sabitini azalyan
kimyasalları içerebilir ve bazıları da hala molekülü entropik etkilerle
solüsyonun dışına çıkaran polietilen glikol gibi büyük polimerler içerir.
Ayrıca, kristalleşmeyi destekleyen farklı ısıları denemek ya da solüsyonu aşırı
doymuş hale getirmek için ısıyı kademeli olarak düşürmek de yaygındır. Bu
yöntemler kristalleştirmede yüksek molekül konsantrayonları kullandıklarından
hedef moleküllerden büyük miktarlarda gerektirirler. Böyle büyük miktarlarda
(miligramlar) kristalleştirme seviyesinde protein elde edilmesindeki zorluğa
bağlı olarak 100 nanolitre hacimde kesin kristalleştirme deneme damlaları
verebilen robotlar geliştirilmiştir. Bu, deney başına ell yapılan
kristalleştirme denemelerinden (1 mikrolitre) 10 kat daha az protein
kullanılması demektir.

Kristalleşmeyi engelleyen ya da bozan
çeşitli faktörler bilinmektedir. Büyüyen kristaller genellikle sabit bir ısıda
tutulur ve kristalleşmelerini bozabilecek şok ya da vibrasyonlardan korunur.
Moleküllerin ya da kristalleşme solüsyonlarının saf olmaması çoğu kez
kristalleşmeye engel olur. Moleküldeki konformasyon esnekliği entropiye bağlı
olarak kristalleşme ihtimalini azaltır. Ne gariptir ki, kendi kendilerine
sarmal halinde birleşmeye eğilimli olan moleküller çoğu kez kristal olarak
birleşme eğilimi göstermez. Kristaller ikizlenme tarafından tarafından da
bozulabilir; ikizlenme bir birim gözesinin eşit biçimde çoklu yönlere
yoğunlaşmasıyla oluşur; fakat hesaplama yöntemlerindeki son ilerlemeler bazı
ikizlenmiş kristallerin yapılarını çözmeyi sağlayabilir. Hedef molekülü
kristalleştirmede başarısızlığa uğrayan bir kristalografi uygulayıcısı
molekülün hafifçe değiştirilmiş bir versiyonuyla yeniden deneyebilir; moleküler
özelliklerde küçük değişiklikler bile kristalleşme davranışında büyük
farklılıklara yol açabilir.

Kristal ölçümler için
X-ışını içinde tutulabilecek ve döndürülebilecek şekilde yerleştirilir.
Yerleştirmenin çeşitli yöntemleri vardır. Geçmişte, kristaller kristalleştirme
solüsyonuyla birlikte kılcal cam borulara konulurdu. Günümüzde, küçük moleküllü
kristaller genelllikle naylon ya da plastik bir lupa ya da cam elyafına yağ ya
da zamkla tutturulur ve sert bir çubuğa iliştirilir. Protein kristalleri ise
lupun üzerine alınır ve sıvı nitrojenle aniden dondurulur. Bu dondurma işlemi
X-ışınlarının radyasyon hasarını ve Bragg piklerinin termal harekete bağlı
gürültüsünü (Debye-Waller etkisi) azaltır. Bununla birlikte, işlem görmemiş
protein kristalleri aniden dondurulursa çoğunlukla çatlar; bu nedenle
dondurmadan önce donmadan koruyucu bir solüsyonda ıslatılırlar. Ne yazık ki, bu
ıslatmada kristali çatlatabilir ve kristalografi açısından harap edebilir.
Genelde, başarılı dondurma koşulları deneme-yanılma ile belirlenir.

Kılcal boru ya da lup, X-ışını içinde
tam yerinde durmasını ve döndürülmesini sağlayan bir gönyemetreye monte edilir.
Hem kristal hem de ışın huzmesi çok küçük olduğundan kristal huzmenin merkezine
yaklaşık 25 mikrometre içinde bir kesinlikte yerleştirilmelidir, kristale
odaklanmış bir kamera buna yardımcı olur. En yaygın gönyemetre tipi "kappa
gönyemetresi"dir; üç dönüş açısı sunar:  ω açısı, huzmeye dikey bir
eksende döner; κ açısı ω eksenine ~50 derecelik bir eksende döner; φ açısı
lup/kılcal boru ekseninde döner. κ açısı sıfır olduğunda ω ve φ eksenleri aynı
hizadadır. κ nin dönüşü kristalin montajı için uygunluk sağlar, çünkü kristalin
monte edildiği kol kristalografi uygulayıcısına doğru dönebilir. Veri toplama
sırasında gerçekleşen salınımlar yalnızca ω eksenini içerir. Daha eski tip
gönyemetreler dört çemberli gönyemetre ve bunun altı çemberli gönyemetre gibi
akrabalarıdır.

Monte edilmiş kristal daha sonra bir
monokromatik X-ışını huzmesine maruz bırakılır. En parlak ve en kullanışlı
X-ışını kaynakları senkrotronlardır; yüksek parlaklıkları daha iyi çözünürlük
sağlar. Ayrıca ışımanın dalga boyunu ayarlamaya elverişlidir; bu da aşağıda
tanımlanan çoklu-dalgaboyu düzensiz saçılım (MAD) evrelemesi için yararlıdır.
Senkrotronlar genellikle ulusal tesislerdir; belirlenmiş huzmeleri vardır ve
haftada yedi gün tüm gün boyunca veri toplarlar.

Daha küçük X-ışını üreteçleri genellikle
laboratuvarlarda senkrotrona getirilmeden önce kristallerin kalitesini ölçmede
ve bazen bir kristalin yapısını çözmede kullanılır. Bu tür sistemlerde
elektronlar bir katottan kaynatılarak çıkartılır ve ~50 kV'lik güçlü bir
elektrik potansiyeli yoluyla hızlandırılır; yüksek hıza çıkınca elektronlar bir
metal plakaya çarparak bremmstrahlung ve metalin elektronlarının iç kabuğunun
uyarımına denk gelen bazı güçlü görüngesel çizgiler yayarlar. En yaygın
kullanılan metal, yüksek termal iletkenliğinden dolayı kolayca soğuk tutulan ve
güçlü Ka ve Kb çizgileri üreten bakırdır. Kb çizgisi bazen ince (~10
mikrometre) bir nikel folyoyla baskılanır. Kapalı X-ışını tüpünün en basit ve
ucuz çeşidinin sabit bir anodu (Crookes tüpü) vardır ve ~2 kW elektron ışını
gücüyle çalışır. Daha pahalı çeşidinin döner anod tipi kaynağı ~14 kW elektron
ışını gücüyle çalışır.

X-ışınları genellikle (X-ışını
filtreleriyle) tek dalgaboyuna filtrelenir (monokromatik yapılır) ve kristale
çarptırılmadan önce tek bir yöne doğru hizalanır. Filtreleme yalnızca veri
analizini basiyleştirmekle kalmaz, aynı zamanda faydalı bilgilere katkıda
bulunmadan kristali ayrıştıran radyasyonu da giderir. Hizalama ya bir
hizalayıcı (temel olarak uzun bir tüp) hafifçe kıvrımlı aynaların akıllıca
yerleştirilmesiyle yapılır. Ayna sistemleri küçük kristaller (0.3 mm altı) ya
da büyük birim gözeleri (150 angstrom üzeri) için tercih edilir.

Bir kristal monte edildiğinde ve yoğun
bir X-ışını huzmesine maruz bırakıldığında, X-ışınlarını kristalin arkasındaki
perdede görülebilen noktalar paterni ya da yansımalar halinde dağıtır. Benzer
bir patern bir kompakt diske lazer pointer tutulduğunda görülür. Bu noktaların
göreceli yoğunluğu kristalin içindeki molekül dizilişini atomik düzeyde
belirlemek için bilgi sağlar. Bu yansımaların yoğunluğu fotoğraf filmi, alan
dedektörü ya da ışığa hassas (CDD) imaj sensörü ile kaydedilebilir. Küçük açılı
pikler düşük-çözümürlüklü verileri, büyük açılı pikler yüksek-çözünürlüklü
verileri gösterir; böylece yapının nihai çözünürlük limiti ilk birkaç
görüntüden anlaşılabilir. Pik genişliklerinde gözlemlenen kristal mozayikliği
ve kristalin genel bozukluğu gibi kırınım kalite durumu bu noktada
belirlenebilir. Yapının çözülmesi için kristalin uygun olmadığını gösteren bazı
patolojileri de bu noktada çabucak teşhis edilebilir.

Tüm kristali yeniden yapılandırmak için
noktaların tek görüntüsü yeterli olmaz; bu yalnızca tam Fourier dönüşümünün
küçük bir dilimidir. Gereken tüm bilgiyi toplamak için kristal adım adım 180
derece döndürülmeli, her adımda görüntü alınmalıdır; aslında Ewald küresindeki
eğriliğe bağlı olarak ters uzayı kapsamak için kristalin 180 dereceden biraz
daha fazla döndürülmesi gerekir. Bununla birlikte, eğer kristal yüksek
simetriye sahipse, 90 ya da 45 derece gibi daha küçük açılarda kayıt
yapılabilir. Dönme eksenine hakın ters uzayda " kör nokta"
oluşturmaktan kaçınmak için dönme ekseni en az bir kez değiştirilmelidir. Ters
uzayın daha geniş bir alanını kapsamak için kristali hafifçe (0.5-2 derece)
sarsmak yaygın bir uygulamadır.

Belirli evreleme yöntemleri için çoklu
veri seyleri gerekebilir. Örneğin MAD evrelemesi dağılımın gelen X-ışını
ışımasının en az üç (genellikle yedekleme için dört) dalgaboyunda
kaydedilmesini gerektirir. Tek bir kristal radyasyon hasarına bağlı olarak bir
veri setinin toplanması sırasında çok fazla aşınabilir; bu durumlarda çoklu
kristallerden veri setleri alınmalıdır.  

Her biri farklı bir kristal
yönlenmesiyle örtüşen iki boyutlu kırınım paternlerinin kaydedilmiş serileri,
üç boyutlu bir elektron yoğunluğu modeline dönüştürülür; dönüştürme aşağıda
açıklanan Fourier dönüşümü matematikselmtekniğini kullanır. Her nokta, elektron
yoğunluğunda farklı tipte bir değişkene karşılık gelir; kristalografi
uygulayıcısı hangi değişkenin hangi noktayla örtüştüğünü (indeksleme), farklı
görüntülerdeki noktaların göreceli kuvvatlerini (birleştirme ve ölçeklendirme)
ve toplam elektron yoğunluğunu vermek için değişkenlerin nasıl
birleştirileceğini (evreleme) belirlemek zorundadır.

Verilerin işlenmesi yansımaların
indekslenmesiyle başlar. Bu, birim gözenin boyutlarını ve hangi görüntü pikinin
ters uzayda hangi pozisyonla örtüştüğünü belirlemek demektir. İndekslemenşn bir
yan ürünü krisyalin simetrisini, yani uzay grubunu saptamaktır. Bazı uzay
grupları başlangıçta elimine edilebilir. Örneğin, yansıma simetrileri kiral
moleküllerde gözlenemez, bu yüzden hemen hemen her zaman kiral olan protein
molekülleri için mümkün olan 230 uzay grubundan yalnızca 65 tanesi mümkün
görülür. İndeksleme genellikle bir otoindeksleme rutiniyle yapılır. Simetri
belirlendikten sonra veriler bütünleştirilir. Bu, binlerce yansımayı içeren
yüzlerce görüntüyü tek bir dosyaya dönüştürür. Bu dosya (en azından) her
yansımanın Miller indeksi kayıtlarını ve her yansıma için yoğunluğunu içerir
(bu durumda dosya genellikle hata tahminlerini ve kısmilik ölçümlerini (o
görüntüde hangi belirli yansımanın kaydedildiğini içerir).

Tam bir veri seti, kristalin farklı
yönlenmelerinde alınmış ayrı ayrı yüzlerce görüntüden oluşabilir. İlk adım bu
çeşitli görüntüleri birleştirmek ve ölçeklendirmektir; yani hangi piklerin iki
ya da daha fazla görüntüde göründüğü (birleştirme) ve göreceli görüntüleri
tutarlı bir yoğunluk ölçeği olacak şekilde ölçeklendirmektir. Yoğunluk ölçeğini
optimize etmek önemlidir, çünkü piklerin göreceli yoğunluğu yapının
saptanmasında anahtar bilgidir. Kristalografik veri toplamanın tekrar eden
tekniği ve kristalli malzemenin çoklukla yüksek simetriye sahip olması
kırınımölçerin birçok kere çok sayıda eşit simetrili  yansımalar
k