Elektronen können aufgrund ihrer Welleneigenschaften wie Photonen gebeugt werden. Im Rahmen der Niederenergetischen Elektronenbeugung werden typischerweise kinetische Energien um 100eV und damit Wellenlängen von 1,2Å verwendet. Die Eindringtiefe freier Elektronen ist sehr gering. Für inelastische Stöße mit Probenatomen ist sie weitgehend unabhängig vom Material und ändert sich nur mit der kinetischen Energie der Elektronen. Aufgrund der geringen Eindringtiefe werden nur Oberflächeninformationen der obersten Schichten ermittelt.

Die hier eingesetzten Elektronen stammen aus einer direkt oder indirekt geheizten Kathode, werden über Elektronenlinsen fokussiert und abschließend auf die am Gerät eingestellte Endenergie beschleunigt. Die Probe wird senkrecht getroffen, sodass die Elektronen in der gleichen Richtung rückgestreut werden. Sie passieren dabei mindestens zwei Gitter. Für die Auswertung sind nur elastisch gestreute Elektronen interessant, inelastische Elektronen können durch abbremsende Felder zuvor gefiltert werden. Die Elektronen, die das letzte Gitter passiert haben, werden auf einem Leuchtschirm hin beschleunigt, der das Beugungsmuster darstellt. Bei der Messung reicht es aus, nur die Elektronenenergie durchzufahren, um alle möglichen Beugungsmuster des Kristalls instantan zu erhalten. Ein Durchfahren von Azimutwinkeln ist nicht vonnöten.

Die Niederenergieelektronenbeugung beitet daher eine schnelle und einfache Möglichkeit, die periodische Anordnung der Probe zu charakterisieren. Zusätzlich lassen sich aus dem Intensitätsprofil der beobachteten Reflexe sowie der energieabhängigen Modulation der Intensitäten (IV-LEED) Informationen über Oberflächendefekte sowie die lokale Struktur der Probe gewinnen.