Ο σχηματισμός μιας χιονονιφάδας ξεκινά όταν ένα εξαιρετικά κρύο σταγονίδιο νερού παγώσει πάνω σε ένα σωματίδιο σκόνης στον ουρανό. Αυτό δημιουργεί έναν κρύσταλλο πάγου. Ο νεοσύστατος κρύσταλλος πάγου είναι βαρύτερος από τον περιβάλλοντα αέρα και αρχίζει να πέφτει. Καθώς πέφτει προς τη Γη μέσω υγρού αέρα, περισσότεροι υδρατμοί παγώνουν στην επιφάνεια του μικροσκοπικού κρυστάλλου. Αυτή η διαδικασία ψύξης των υδρατμών επαναλαμβάνεται συστηματικά. Τα μόρια νερού αποκτούν τέτοια διάταξη ώστε να επαναλαμβάνεται η εξαγωνική κρυσταλλική δομή του πάγου.
Πώς προκύπτει όμως η εξαγωνική δομή; Ένα μόριο νερού (Η2Ο) αποτελείται από δύο άτομα υδρογόνου συνδεδεμένα με ένα άτομο οξυγόνου. Ο πυρήνας του οξυγόνου έλκει πιο ισχυρά τα ηλεκτρόνια που διαμοιράζονται μεταξύ οξυγόνου και υδρογόνων, δίνοντας έτσι στο οξυγόνο ένα σχετικά αρνητικό ηλεκτρικό φορτίο. Ως αποτέλεσμα, τα δύο άτομα υδρογόνου αποκτούν ελαφρώς θετικό ηλεκτρικό φορτίο. Όταν πολλά μόρια νερού βρίσκονται κοντά το ένα στο άλλο, αρχίζουν να περιστρέφονται έτσι ώστε τα ηλεκτρικά τους φορτία να σχηματίζουν ζεύγη (αντίθετα φορτία έλκονται). Επειδή η δομή ενός μορίου νερού μοιάζει με ένα ευρύ V, το σχήμα που προκύπτει είναι ένα εξάγωνο. Η νιφάδα χιονιού μεγαλώνει και μεγαλώνει καθώς πέφτει, διευρύνοντας έτσι το εξαγωνικό μοτίβο.
Το τελικό σχήμα της χιονονιφάδας καθορίζεται από τις συνθήκες θερμοκρασίας, υγρασίας και υδρατμών κατά την πτώση της, γι’ αυτό και υπάρχουν νιφάδες με πολύ διαφορετικά μεγέθη και σχήματα.
