Os cristais, embora há muito admirados pela sua regularidade e simetria, não foram estudados cientificamente até o século XVII. Johannes Kepler, em sua obra The New Year's Gift of Hexagonal Snow (1611), levantou a hipótese de que a simetria hexagonal do floco de nevecristaisé devido ao acúmulo regular de partículas esféricas de água.

O cientista dinamarquês Nicolas Steno (1669) foi o pioneiro no estudo experimental da simetria cristalina. ReneJustHuy (1784) descobriu que cada face de um cristal pode ser descrita em forma e tamanho por um simples padrão empilhado dos mesmos blocos. O trabalho de Hauy levou à visão correta de que os cristais são arranjos tridimensionais regulares de átomos e moléculas; Uma única célula se repete indefinidamente ao longo de três direções principais, que não são necessariamente verticais. No século 19, Johan Hessel, Auguste Bravais, Evgraf Fedorov, ArthurSchonflies e William Barlow (1894) formularam um catálogo completo de simetrias cristalinas. Barlow propôs várias estruturas cristalinas na década de 1880, que mais tarde foram verificadas porCristalografia de raio-x.

A cristalografia de raios X mostra o arranjo das moléculas de água no gelo, revelando as ligações de hidrogênio que mantêm o sólido unido. Existem poucas outras maneiras de determinar a estrutura da matéria com tanta precisão. O conceito de fóton foi introduzido por Albert Einstein em 1905, mas não foi amplamente aceito até 1922, quando Arthur Compton o confirmou espalhando raios X de elétrons. Assim, essas propriedades granulares dos raios X, como a ionização de gases, levaram William Henry Bragg a argumentar em 1907 que os raios X não eram radiação eletromagnética. No entanto, as opiniões de Bragg não foram amplamente aceitas e as observações deDifração de raios Xpor Max von Laue em 1912 confirmou que a maioria dos cientistas acreditava que os raios X eram uma forma de radiação eletromagnética.