Segons la temperatura i la humitat de l'aire, els flocs de neu formen una infinitat de formes diferents. El vapor d'aigua recobreix petites partícules de pols, que es solidifiquen en cristalls de gel. Les molècules d'aigua s'alineen en una estructura hexagonal (hexagonal). El resultat d'aquest procés és un floc de neu fabulosament bonic estimat per tothom des de la infància.
Un floc de neu acabat de formar és més pesat que l'aire i fa que caigui. En caure a la Terra a través de l'aire humit, cada cop més vapor d'aigua es congela i cobreix la superfície dels cristalls. El procés de congelació d'un floc de neu és molt sistemàtic. Tot i que tots els flocs de neu són hexagonals, la resta de detalls dels seus patrons varien. Com s'ha esmentat anteriorment, això es veu afectat per la temperatura i la humitat en què es forma el floc de neu. Algunes combinacions d'aquests dos factors contribueixen a la formació de patrons amb "agulles" llargues, mentre que altres dibuixen patrons més ornamentats.
(Jericho, Vermont) es va convertir en la primera persona a capturar una fotografia d'un floc de neu amb un microscopi connectat a una càmera. La seva col·lecció de 5000 fotografies va sorprendre la gent amb la varietat inimaginable de cristalls de neu.
L'any 1952, científics de l'Associació Internacional de Societats de Classificació (IACS) van desenvolupar un sistema que classificava el floc de neu en deu formes bàsiques. El sistema IACS encara s'utilitza avui dia, tot i que ja existeixen sistemes més sofisticats. Kenneth Libbrecht, professor de física a l'Institut Tecnològic de Califòrnia, ha realitzat una àmplia investigació sobre com les molècules d'aigua es formen en cristalls de neu. En la seva investigació, va trobar que els patrons més complexos es transformen en un clima humit. Els flocs de neu d'aire sec solen tenir patrons més senzills. A més, els flocs de neu que han caigut a temperatures inferiors a -22ºC es componen principalment de patrons simples, mentre que els patrons complexos són inherents als flocs de neu més càlids.
Segons un científic del Centre Nacional d'Investigació Atmosfèrica de Boulder, Colorado, el floc de neu mitjà conté . David Phillips, climatòleg sènior de Environmental Conservancy al Canadà, assenyala que el nombre de flocs de neu que han caigut des de l'existència de la Terra és de 10 seguits de 34 zeros.