Ανάλογα με τη θερμοκρασία και την υγρασία του αέρα, οι νιφάδες χιονιού σχηματίζουν μια μυριάδα διαφορετικών σχημάτων. Οι υδρατμοί επικαλύπτουν μικροσκοπικά σωματίδια σκόνης, τα οποία στερεοποιούνται σε κρυστάλλους πάγου. Τα μόρια του νερού παρατάσσονται σε μια εξαγωνική (εξαγωνική) δομή. Το αποτέλεσμα αυτής της διαδικασίας είναι μια υπέροχα όμορφη νιφάδα χιονιού που αγαπήθηκε από όλους από την παιδική ηλικία.
Μια νεοσχηματισμένη νιφάδα χιονιού είναι βαρύτερη από τον αέρα, με αποτέλεσμα να πέφτει. Πέφτοντας στη Γη μέσω υγρού αέρα, όλο και περισσότεροι υδρατμοί παγώνουν και καλύπτουν την επιφάνεια των κρυστάλλων. Η διαδικασία κατάψυξης μιας νιφάδας χιονιού είναι πολύ συστηματική. Αν και όλες οι νιφάδες χιονιού είναι εξαγωνικές, οι υπόλοιπες λεπτομέρειες των σχεδίων τους ποικίλλουν. Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, αυτό επηρεάζεται από τη θερμοκρασία και την υγρασία στην οποία σχηματίζεται η νιφάδα χιονιού. Μερικοί συνδυασμοί αυτών των δύο παραγόντων συμβάλλουν στο σχηματισμό μοτίβων με μακριές «βελόνες», ενώ άλλοι σχεδιάζουν πιο περίτεχνα σχέδια.
(Jericho, Vermont) έγινε το πρώτο άτομο που απαθανάτισε μια φωτογραφία μιας νιφάδας χιονιού χρησιμοποιώντας ένα μικροσκόπιο συνδεδεμένο σε μια κάμερα. Η συλλογή του από 5000 φωτογραφίες κατέπληξε τους ανθρώπους με την αφάνταστη ποικιλία κρυστάλλων χιονιού.
Το 1952, επιστήμονες από τη Διεθνή Ένωση Νηογνωμόνων (IACS) ανέπτυξαν ένα σύστημα που ταξινόμησε τη νιφάδα χιονιού σε δέκα βασικά σχήματα. Το σύστημα IACS εξακολουθεί να χρησιμοποιείται σήμερα, αν και υπάρχουν ήδη πιο εξελιγμένα συστήματα. Ο Κένεθ Λίμπρεχτ, καθηγητής φυσικής στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Καλιφόρνια, έχει κάνει εκτενή έρευνα για το πώς τα μόρια του νερού σχηματίζονται σε κρυστάλλους χιονιού. Στην έρευνά του, διαπίστωσε ότι τα πιο σύνθετα μοτίβα μεταμορφώνονται σε ένα υγρό κλίμα. Οι νιφάδες χιονιού ξηρού αέρα τείνουν να έχουν πιο απλά σχέδια. Επιπλέον, οι νιφάδες χιονιού που έχουν πέσει σε θερμοκρασίες κάτω των -22 C αποτελούνται κυρίως από απλά σχέδια, ενώ τα περίπλοκα σχέδια είναι εγγενή στις θερμότερες νιφάδες χιονιού.
Σύμφωνα με έναν επιστήμονα στο Εθνικό Κέντρο Ατμοσφαιρικής Έρευνας στο Μπόλντερ του Κολοράντο, η μέση νιφάδα χιονιού περιέχει . Ο David Phillips, ανώτερος κλιματολόγος στο Environmental Conservancy στον Καναδά, σημειώνει ότι ο αριθμός των νιφάδων χιονιού που έχουν πέσει από την ύπαρξη της Γης είναι 10 ακολουθούμενοι από 34 μηδενικά.