В основе микроскопа лежит Швейцарско-французский синхротрон (ускоритель частиц, являющийся источником сверхъяркого рентгеновского излучения), установленный в Институте Пауля Шеррера. Для регистрации рентгеновских лучей использовался новейший детектор "Пилатус". Он отличается от остальных тем, что способен быстро и почти без искажений "ловить" рентгеновские фотоны на достаточно большой площади. Аналогичные детекторы установлены в Большом адронном коллайдере.

В основе принципа работы микроскопа лежит явление дифракции – изменения параметров излучения при прохождении через неоднородную среду. В микроскопе происходит горизонтальное сканирование объекта, помещенного в фокус рентгеновского луча. Благодаря своей скорости, детектор "Пилатус" регистрирует не только интенсивность выходного сигнала (как в обычных электронных микроскопах), но и позволяет получить подробную дифракционную картину проникающего излучения. После этого к данным, которые представляют собой несколько десятков тысяч индивидуальных двумерных изображений, применяется специальный алгоритм. Он воссоздает из этих фотографий подробную трехмерную картину объекта.

Традиционные электронные микроскопы позволяют получать визуальную информацию только о поверхности изучаемого образца. Кроме этого, требуется, чтобы объект находился в вакууме. Новый микроскоп лишен этих недостатков. Сами ученые считают, что прибор найдет широкое применение в биологии и нанотехнологиях. Он позволяет, например, изучать полупроводниковые объекты нанометрового размера, а также внутреннее устройство живых клеток. Идеи, лежащие в основе микроскопа, можно использовать для создания электронных и оптических дифракционных микроскопов.