Bei inelastischen Wechselwirkungsprozessen werden Hüllenelektronen auf höhere Energieniveaus angehoben bzw. aus dem Festkörper herausgelöst. Die so entstandenen Löcher werden von Elektronen aus höheren Schalen wiederaufgefüllt wobei die überschüssige Energie in Form von Röntgenstrahlung abgegeben wird. Die emittierten Röntgenquanten sind elementspezifisch, wodurch quantitative chemische Analysen der Probe mit hoher örtlicher Auflösung möglich sind. Ein Beispiel einer solchen Elementkarte ist in Abbildung 1 zu sehen.

Abbildung 1: Elementarkarte am Beispiel einer Silizium FIB-Lamelle. Die Siliziumstruktur weist die typische Oxidschicht von wenigen Nanometern Dicke auf.

Die Primärelektronen, welche mit den Hüllenelektronen der Atome wechselwirken, verlieren ihrerseits durch den Impulsübertrag an Energie. Der Energieverlust wiederum ist elementspezifisch und hängt wie bei der energiedispersiven Röntgenanalyse vom angeregten Elektronenübergang ab. Die inelastisch gestreuten Elektronen können durch ein elektromagnetisches Prisma, den Omega-Energiefilter, in ihr Energieverlustspektrum zerlegt werden. Somit können die elektronische Bindungsstruktur und Anreicherungen von Elementen bis in den Nanometerbereich analysiert werden. In Abbildung 2 ist dies am Beispiel der Titan-L23 Verlustkante gezeigt. Die Anzahl der Maxima sowie deren Abstand zueinander lässt Rückschlüsse auf den Oxidationszustand des Titans zu.

Abbildung 2: Typisches Elektronenenergieverlustspektrum am Beispiel der Titan-L₂₃ Verlustkante.