本申请公开了用X射线扫描来识别被扫描物体的物质组成的系统和方法。该系统包括至少一个X射线源，用于将X射线束投射在该物体上，其中投射的X射线束的至少部分透射穿过该物体，以及该系统包括用于测量透射的X射线的能量谱的检测器阵列。该测量的能量谱被用于确定物体的原子序数以识别该物体的物质组成。该X射线扫描系统还可具有准直的高能量后向散射的X射线检测器阵列，用于测量被物体以大于90度的角度散射的X射线的能量谱，其中测量的能量谱和透射能量谱一起用于确定物体的原子序数以识别该物体的物质组成。