Obwohl Kristalle schon lange wegen ihrer Regelmäßigkeit und Symmetrie bewundert wurden, wurden sie erst im 17. Jahrhundert wissenschaftlich untersucht. Johannes Kepler stellte in seinem Werk „Das Neujahrsgeschenk des sechseckigen Schnees“ (1611) die Hypothese auf, dass die sechseckige Symmetrie der SchneeflockeKristalleist auf die regelmäßige Ansammlung kugelförmiger Wasserpartikel zurückzuführen.

Der dänische Wissenschaftler Nicolas Steno (1669) leistete Pionierarbeit bei der experimentellen Untersuchung der Kristallsymmetrie. ReneJustHuy (1784) entdeckte, dass jede Fläche eines Kristalls in Form und Größe durch ein einfaches Stapelmuster aus denselben Blöcken beschrieben werden kann. Hauys Arbeit führte zu der korrekten Ansicht, dass Kristalle regelmäßige dreidimensionale Anordnungen von Atomen und Molekülen sind; Eine einzelne Zelle wiederholt sich auf unbestimmte Zeit entlang dreier Hauptrichtungen, die nicht unbedingt vertikal sind. Im 19. Jahrhundert formulierten Johan Hessel, Auguste Bravais, Evgraf Fedorov, Arthur Schonflies und William Barlow (1894) einen vollständigen Katalog der Kristallsymmetrien. Barlow schlug in den 1880er Jahren mehrere Kristallstrukturen vor, die später von bestätigt wurdenRöntgenkristallographie.

Die Röntgenkristallographie zeigt die Anordnung der Wassermoleküle im Eis und enthüllt die Wasserstoffbrückenbindungen, die den Feststoff zusammenhalten. Es gibt nur wenige andere Möglichkeiten, die Struktur der Materie so präzise zu bestimmen. Das Photonenkonzept wurde 1905 von Albert Einstein eingeführt, fand aber erst 1922 breite Akzeptanz, als Arthur Compton es durch die Streuung von Röntgenstrahlen von Elektronen bestätigte. Diese körnigen Eigenschaften von Röntgenstrahlen, wie etwa ihre Ionisierung von Gasen, veranlassten William Henry Bragg 1907 zu der Argumentation, dass Röntgenstrahlen keine elektromagnetische Strahlung seien. Allerdings wurden Braggs Ansichten nicht allgemein akzeptiert und Beobachtungen vonRöntgenbeugungvon Max von Laue im Jahr 1912 bestätigte, dass die meisten Wissenschaftler glaubten, Röntgenstrahlen seien eine Form elektromagnetischer Strahlung.