直接法（direct methods）

直接法是一種聰明的辦法，直接由量到的振幅去猜出失去的相位，不需要重原子、也不需要額外實驗。訣竅在於倚靠任何真實電子密度都必須遵守的兩個事實：它在任何地方都不會是負的（你不可能有比「沒有電子」還少的電子），而且它集中成銳利、原子形狀的團塊，而非塗抹開來。事實證明，這些物理事實暗中對相位的約束，遠比你想像的多。

以下是分步驟的機制。因為密度為正且像原子，最強反射的相位並非各自獨立——它們在統計上被綁在一起。關鍵關係是三重態（triplet）：對三個指標相加為零的強反射，phi(H) + phi(K) + phi(-H-K) 很可能接近零。從一小組假設的相位出發，你透過這些機率性連結（薩伊爾方程 Sayre's equation 與正切公式 tangent formula）一個接一個地替反射定相，嘗試許多起始猜測，並保留那個所得電子密度圖看起來像合理、彼此分離的原子的試解。

這正是讓小分子結構解析變得例行而自動化的關鍵——這項成就使豪普特曼（Hauptman）與卡爾（Karle）獲得諾貝爾獎。它在原子大致相等且較輕、且資料達到原子解析度（間距小到約 1 埃）時最有效。要誠實說明它吃力之處：對蛋白質這類非常大的結構，以及較低解析度的資料，統計會變弱，晶體學家便改用帕特森函數、重原子法或密度修飾。