Entsprechend dem Funktionsprinzip (s.o.) ist in einem hochauflösenden Röntgensystem eine Mikrofocus- oder nanofocus -Röntgenröhre im Abstand FDA von einem Detektor angeordnet. Dazwischen befindet sich eine Probenaufnahme mit der Probe, die mit mehreren Manipulatorachsen in die gewünschte Position gebracht werden kann. Mit der z-Achsenposition wird der Abstand zur Röhre und damit die geometrische Vergrößerung (s.o.) eingestellt. Röhre, Manipulator und Detektor werden elektronisch gesteuert, so dass auch präzise automatische Inspektionsabläufe möglich sind.
Je nach Inspektionsaufgabe kann der Strahlengang horizontal oder vertikal angeordnet sein: für Flachbaugruppen beispielsweise wird ein vertikaler Strahlengang bevorzugt, weil dann die Leiterplatten einfach waagerecht auf eine röntgentransparente Platte oder eine rahmenartige Aufnahme gelegt werden können (s. Bild). Schwere Gussteile dagegen müssen typischerweise gedreht und gekippt werden, um die optimale Position zu erreichen und werden daher bei horizontalem Strahlengang vom darunter befindlichen Mehrachsenmanipulator getragen.