Рентгеновские лучи, сформированные в результате переходов электронов между уровнями называются характеристическими потому, что их специфическая энергия или длина волны характеризуют конкретный элемент, возбуждающий это р.и.
Энергия электронных уровней изменяется дискретно с изменением атомного номера, поэтому рентгеновские лучи, эмитируемые в этом процессе, обладают энергией, характерной для данного атомного номера. Разница в энергиях между уровнями изменяется с постоянным шагом с изменением атомного номера на единицу. Этот факт был исследован Мозли в 1913 году и имеет вид формулы: , где E – энергия рентгеновской линии, A и С – постоянные, которые различны для каждой серии линии (Для K линии С=1,13; для L линии С=7). Согласно закону Мозли, корень квадратный из частоты данной спектральной линии характеристического излучения элемента есть линейная функция его порядкового номера в таблице Менделеева Z: √ν=M*(Z–A).
Это уравнение может быть использовано для поиска энергии той или иной линии элемента. Закон Мозли – основа качественного рентгеновского анализа, с помощью которого определяют наличие искомого элемента в образце.