La diffraction d’hélium est une technique encore peu répandue, une dizaine de laboratoires seulement la possède à l'échelle mondiale, mais cette technique a déjà permis des progrès importants dans la compréhension de la structure et de la dynamique des surfaces et des films minces.
Son principe consiste à envoyer sur la surface à étudier un faisceau d’atomes d’hélium et d’analyser le faisceau réfléchi et diffracté par celle-ci. La meilleure façon de comprendre la répartition des atomes diffusés est de faire appel au caractère ondulatoire de cette particule-sonde. Dans la mesure où la masse d’un atome He est proche de celle d’un neutron, la diffraction d’hélium couvre parfaitement à la fois les longueurs d’ondes caractéristiques à l’échelle atomique et les énergies typiques des excitations vibrationelles (phonons) des matériaux solides.