A levegő hőmérsékletétől és páratartalmától függően a hópelyhek számtalan alakot alkotnak. A vízgőz apró porszemcséket von be, amelyek jégkristályokká szilárdulnak. A vízmolekulák hatszögletű (hatszögletű) szerkezetben sorakoznak fel. Ennek a folyamatnak az eredménye egy mesésen gyönyörű hópehely, amelyet mindenki gyermekkora óta szeretett.
Az újonnan képződött hópehely nehezebb a levegőnél, ezért leesik. A nedves levegőn keresztül a Földre hullva egyre több vízgőz fagy meg és borítja be a kristályok felületét. A hópehely fagyasztásának folyamata nagyon szisztematikus. Bár minden hópehely hatszögletű, a mintáik többi részlete eltérő. Mint fentebb említettük, ezt befolyásolja a hőmérséklet és a páratartalom, amelyben a hópehely kialakul. E két tényező egyes kombinációi hozzájárulnak a hosszú „tűk” minták kialakulásához, míg mások díszesebb mintákat rajzolnak.
(Jericho, Vermont) volt az első ember, aki fényképet készített hópehelyről egy fényképezőgéphez csatlakoztatott mikroszkóp segítségével. 5000 fényképből álló gyűjteménye lenyűgözte az embereket a hókristályok elképzelhetetlen sokféleségével.
1952-ben a Nemzetközi Osztályozási Társaságok Szövetségének (IACS) tudósai kifejlesztettek egy rendszert, amely a hópelyheket tíz alapvető alakba sorolta. Az IACS-rendszert ma is használják, bár már léteznek kifinomultabb rendszerek. Kenneth Libbrecht, a Kaliforniai Műszaki Egyetem fizikaprofesszora kiterjedt kutatásokat végzett arra vonatkozóan, hogy a vízmolekulák hogyan alakulnak hókristályokká. Kutatásai során azt találta, hogy a legbonyolultabb minták alakulnak át nedves éghajlaton. A száraz levegős hópelyhek általában egyszerűbb mintázatúak. Ezenkívül a -22 C alatti hőmérsékleten lehullott hópelyhek túlnyomórészt egyszerű mintákból állnak, míg a bonyolult minták a melegebb hópelyhek velejárói.
A Colorado állambeli Boulderben található National Center for Atmospheric Research tudósa szerint az átlagos hópehely tartalmaz . David Phillips, a kanadai Environmental Conservancy vezető klimatológusa megjegyzi, hogy a Föld létezése óta lehullott hópelyhek száma 10, amit 34 nulla követ.