Les cristaux, bien que longtemps admirés pour leur régularité et leur symétrie, n’ont été étudiés scientifiquement qu’au XVIIe siècle. Johannes Kepler, dans son ouvrage The New Year's Gift of Hexagonal Snow (1611), a émis l'hypothèse que la symétrie hexagonale du flocon de neigecristauxest dû à l’accumulation régulière de particules d’eau sphériques.

Le scientifique danois Nicolas Steno (1669) fut le pionnier de l'étude expérimentale de la symétrie cristalline. RenéJustHuy (1784) a découvert que chaque face d'un cristal peut être décrite en forme et en taille par un simple motif empilé des mêmes blocs. Les travaux de Hauy ont conduit à l'idée correcte selon laquelle les cristaux sont des réseaux tridimensionnels réguliers d'atomes et de molécules ; Une seule cellule se répète indéfiniment selon trois directions principales, qui ne sont pas nécessairement verticales. Au XIXe siècle, Johan Hessel, Auguste Bravais, Evgraf Fedorov, Arthur Schonflies et William Barlow (1894) ont formulé un catalogue complet des symétries cristallines. Barlow a proposé plusieurs structures cristallines dans les années 1880, qui ont ensuite été vérifiées parCristallographie aux rayons X.

La cristallographie aux rayons X montre la disposition des molécules d'eau dans la glace, révélant les liaisons hydrogène qui maintiennent le solide ensemble. Il existe peu d’autres moyens de déterminer la structure de la matière avec une telle précision. Le concept de photon a été introduit par Albert Einstein en 1905, mais n'a été largement accepté qu'en 1922, lorsqu'Arthur Compton l'a confirmé en diffusant des rayons X d'électrons. Ainsi, ces propriétés granuleuses des rayons X, telles que leur ionisation des gaz, ont conduit William Henry Bragg à affirmer en 1907 que les rayons X n'étaient pas un rayonnement électromagnétique. Cependant, les opinions de Bragg n'étaient pas largement acceptées et les observations deDiffraction des rayons Xpar Max von Laue en 1912 a confirmé que la plupart des scientifiques considéraient les rayons X comme une forme de rayonnement électromagnétique.