I cristalli, sebbene a lungo ammirati per la loro regolarità e simmetria, non furono studiati scientificamente fino al XVII secolo. Johannes Kepler, nella sua opera The New Year's Gift of Hexagonal Snow (1611), ipotizzò che la simmetria esagonale del fiocco di nevecristalliè dovuto al regolare accumulo di particelle d'acqua sferiche.

Lo scienziato danese Nicolas Steno (1669) fu il pioniere dello studio sperimentale della simmetria dei cristalli. ReneJustHuy (1784) scoprì che ciascuna faccia di un cristallo può essere descritta in forma e dimensione da un semplice schema impilato degli stessi blocchi. Il lavoro di Hauy ha portato alla visione corretta secondo cui i cristalli sono ordinamenti tridimensionali regolari di atomi e molecole; Una singola cellula si ripete indefinitamente lungo tre direzioni principali, che non sono necessariamente verticali. Nel 19° secolo, Johan Hessel, Auguste Bravais, Evgraf Fedorov, Arthur Schonflies e William Barlow (1894) formularono un catalogo completo delle simmetrie dei cristalli. Barlow propose diverse strutture cristalline nel 1880, che furono successivamente verificate daCristallografia a raggi X.

La cristallografia a raggi X mostra la disposizione delle molecole d'acqua nel ghiaccio, rivelando i legami idrogeno che tengono insieme il solido. Esistono pochi altri modi per determinare la struttura della materia con tanta precisione. Il concetto di fotone fu introdotto da Albert Einstein nel 1905, ma non fu ampiamente accettato fino al 1922, quando Arthur Compton lo confermò diffondendo raggi X di elettroni. Pertanto, queste proprietà granulose dei raggi X, come la loro ionizzazione dei gas, portarono William Henry Bragg a sostenere nel 1907 che i raggi X non erano radiazioni elettromagnetiche. Tuttavia, le opinioni di Bragg non furono ampiamente accettate e le sue osservazioniDiffrazione di raggi Xda Max von Laue nel 1912 confermò che la maggior parte degli scienziati credeva che i raggi X fossero una forma di radiazione elettromagnetica.