提起雪花的形态，大多数人想到的形象是常用于装饰的对称六角星。的确，六角星是雪花最常见的“造型”。早在西汉时期，人们就观察到了雪花这种独特的形态，并留下“凡草木花多五出，雪花独六出”的记载。但如果仔细观察，便能发现雪花的形态其实极为多样。
第一个系统研究雪花的形态，并尝试为其分类的日本学者中谷宇吉郎有雪博士的雅号。他为雪花拍了将近3000张照片，通过这些照片把雪花分成7大类和之下的若干小分支。这七大类包括：针状晶体、柱状晶体、片状晶体、柱状和片状组合晶体、带延展平面的柱状晶体、霜晶和不规则晶体。
物理学家肯内特·G·利布瑞克特（Kenneth G. Libbrecht）出版了一本关于雪花的指南。在书中，他将雪花划分为35类，最常见的雪花都在这些分类中了。但雪花的分类“扩军”并未就此终止。目前的雪花分类已经达到120种以上，且仍在不断扩大的过程中。一方面，雪花的形态分类十分复杂，几乎每个研究者都有自己的思路，另一方面，雪花的形态确实太多变了。
为何雪花能以如此多样的面貌出现，这还要从雪花的形成过程说起。
和最常见的由水凝固成冰不同，雪花是由空中的水汽直接凝华而成的。当气温降低，空中水汽过饱和，便在结晶核（如尘埃）上开始结晶，然后逐步长大形成雪花。
不管形态如何，雪花的结晶始终是水分子结合的过程。在水分子中，两个氢原子在两侧，一个氧原子居中，呈现如同人类弯曲的腿部一样的形态。而水分子的结合则是由不同水分子的氧原子与氢原子连接在一起。当6个水分子结合在一起后，最终会形成一个更大的六边形。以此类推，再形成更大的六边形。
但雪花最常见的形态并非六边形，而是六角星。这是因为水分子在结合时，六边形的顶点更为“粗糙”，容易吸引更多的水分子，顶点处成长更快，最终形成了六个尖尖的角。
理论虽然如此，但在现实中，雪花总是呈现千变万化的样貌。这主要是因为雪花在形成过程中并非处于绝对理想的环境下，总会受到周围环境的影响。温度的高低、云中水汽含量的多寡、气流的变化，每一种原因都可能影响“脆弱”的雪花形态发生剧烈改变。