由于冰晶是六角形的，所以冰晶结合成的雪花也是六角形的。空气中有大量的水汽，水汽在空气中如果遇到零度以下的气温，就会结成冰晶。冰晶是很小很小的，呈六角形。当冰晶在空气中漂浮时，碰到水汽就会使冰晶不断变大而成为雪花。
《韩诗外传》曾记载：凡草木花多五出，雪花独六出。即雪花是六瓣、六角形的。其实这和水汽凝华结晶时的晶体习性有关，水汽凝华结晶成的雪花和天然水冻结的冰都属于六方晶系。水晶也和冰晶一样，是六方晶系中的一种，不同的是，水晶是一氧化硅的结晶，而冰晶是水的结晶。
六方晶系由四个结晶轴构成，其中三个辅轴在一个基面上，互相以60的角度相交，第四轴(主晶轴)与三个辅轴所形成的基面垂直。当水汽凝华结晶时，倘若主晶轴发育得比另外三个辅轴快，并且延伸很长，那么晶体就会形成柱状；而如果主晶轴发育慢，且很短，那么晶体就形成片状。雪花之所以都是六角形，是因为它沿主晶轴方向晶体生长的速度要比沿三个辅轴方向慢得多。
除六边形雪花之外，科学家们还发现了自然界中三角形雪花的存在。为揭开谜底，科学家们在实验室中模拟与自然降雪相似的条件以制造雪花，通过记录各种不同形状的雪花晶体，最终发现，一些三角形雪花晶体仍然有六个边，只是因为它们都由三长三短的六条边构成，所以看上去像三角形。科学家指出，这种情况一般是由于雪花在降落的过程中，微小的尘埃颗粒等杂质会使雪花的某个边缘产生倾侧，在风力作用下，向下倾侧的边缘会生长得更快，从而形成三角形。
虽然雪花的基本形状是六角形，但在细微形态上却存在很多差别。世界上很多雪花图案搜集者，他们拍摄了成千上万张雪花照片，发现了大量不同的雪花。雪花的魅力在于虽然它的基本形状都是六角形，但是在大自然中却几乎找不出两朵完全相同的雪花，如同地球上找不出两个完全相同的人一样。