با استفاده از تابش سنکروترون مربوط به چشمه‌های نور نسل سوم، به دلیل درخشندگی بالای باریکه، مواد نانو ساختار( به طور مثال در میکروالکترونیک) می‌توانند با تابش بسیار متمرکز مورد مطالعه قرار بگیرند. برای پژوهش در حوزه مواد، این روش اسکن می‌تواند با تکنیک‌های تجربی نظیر پرتونگاری همراه شده و به طور خاص برای مطالعه یک عنصر مورد استفاده قرار گیرد.

تقریباً تمام امکانات آزمایشی موجود در چشمه‌های تابش سنکروترون به طور موفقیت‌آمیز برای پاسخگویی به سوالات مختلف در حوزه علم مواد به کار گرفته شده‌اند: پراکندگی اشعه ایکس در زوایای کوچک و بزرگ، جذب اشعه ایکس و طیف سنجی فلورسانس، بازتاب سنجی به منظور تحلیل تداخل‌های درونی و بیرونی و غیره. این آزمایش‌ها با استفاده از تکنیک‌های دیگر به ندرت قابل انجام است. طیف انرژی پیوسته تابش سنکروترون، ویژگی خاصی است که در مطالعه مواد قابل اهمیت است. پژوهشگران علم مواد با استفاده از تابش سنکروترون در زمینه‌های مختلف مواد مانند بلورها، سرامیک، مواد مغناطیسی، شیشه، پلیمر، مواد مربوط به میکروالکترونیک، ابررسانا، فلزات و آلیاژها، نیمه رساناها تحقیق می‌کنند.