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雪并不是由雨水冻结而成。
水分子凝结成冰晶叫做结晶作用。水分子是由一个氧原子外加两个氢原子所构成，两个氢原子相对于氧原子的角度大约是120°，正好是正六角形的内角角度，彼此间形成微弱的氢键。分子们彼此依最低能量状态排列，这使得它们之间的吸引力最大而斥力最小。地球上的水冰中，每个分子都以氢键与另外四个分子相连，形成晶格结构。于是，水分子会移动到已被指定好的空间。最基本的形状是六方柱，顶端与底端都是六角形，六个侧边则是三角形。这个排列过程很像贴地砖：一旦样式选定、并放好了第一片地砖，其它所有的地砖都一定得放到已被决定的位置，才能维持样式。水分子依照低能量的位置自我安顿，便会填入空位并维持对衬；冰晶的形状就有八十多种，有些是针状、有些是片状、柱状等，这和结冰时云的温度、高度、和含水量有关。无论其枝桠延成出什么形状，反映出水分子的内在秩序。
雪花是在云内由微小的冰晶互撞黏在一起后形成丰富多样的形状。没有两个雪花是完全相同的，但雪花仍然谨守着最初的冰晶基本的六角形对称标准结构。透过显微镜可以看见雪花错综复杂的构造大多都是六角形的！. 而雪花的中心一定呈现出对称的六角形.
天气非常寒冷时，冰晶不易黏在一起，雪呈细粉状的小雪珠。雪珠是云中温度低于摄氏零度的许多小云滴在冰晶上互相碰撞凝结而成，仔细观察雪珠的形状，可以看出小雪珠是由许多细白的冰粒聚集而成的。当冷空气逐渐向前推移，上升气流减弱，云中水气直接在冰晶上凝结成较大的形态，此即我们所见到的雪花。如果温度接近冰点，则会落下湿雪，形成较大的雪花，特别是无风的时候。大型的星形雪花直径可达5到7公分。
但多数的雪花在落下地面的途中融化成雨，只有当地面附近的空气够冷，才能让雪花落到地面成雪。
但我们看见的雪花有更多种的样子。这些差异产生的原因在于雪花在大气中生成，而大气状况复杂多变。因应温度与湿度的改变而有相对的变化。 雪花可能是自己融化，或与另一片雪花相撞，或是相互挤在一起破坏，每片雪花结晶都是经历了独特的方式生成，但也有撞成一团的八角型雪花 像一个铜币那么大的雪团可能由一百多片雪花聚成，因为互相碰撞的关系，雪花都已变了形。这样的雪，如果尚未开始融化，倒是捏雪球的好材料，不过，已不能供作研究者研究雪花的形状之用了。
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