Кристаллы, хотя издавна восхищались их регулярностью и симметрией, не изучались с научной точки зрения до 17 века. Иоганн Кеплер в своей работе «Новогодний подарок шестиугольного снега» (1611 г.) выдвинул гипотезу, что шестиугольная симметрия снежинкикристаллыпроисходит за счет регулярного накопления сферических частиц воды.

Датский учёный Николас Стено (1669) стал пионером экспериментального изучения симметрии кристаллов. Рене Жюст Хай (1784) обнаружил, что каждую грань кристалла можно описать по форме и размеру с помощью простого набора одинаковых блоков. Работа Гауи привела к правильному мнению, что кристаллы представляют собой правильные трехмерные массивы атомов и молекул; Одна клетка повторяется бесконечно в трех основных направлениях, которые не обязательно вертикальны. В XIX веке Йохан Хессель, Огюст Браве, Евграф Федоров, Артур Шонфлис и Уильям Барлоу (1894) сформулировали полный каталог симметрий кристаллов. Барлоу предложил несколько кристаллических структур в 1880-х годах, которые позже были подтвержденыРентгеновская кристаллография.

Рентгеновская кристаллография показывает расположение молекул воды во льду, выявляя водородные связи, которые удерживают твердое вещество вместе. Существует несколько других способов определить структуру материи с такой точностью. Концепция фотона была введена Альбертом Эйнштейном в 1905 году, но не получила широкого признания до 1922 года, когда Артур Комптон подтвердил ее путем рассеяния рентгеновских лучей электронов. Таким образом, эти зернистые свойства рентгеновских лучей, такие как ионизация газов, побудили Уильяма Генри Брэгга в 1907 году утверждать, что рентгеновские лучи не являются электромагнитным излучением. Однако взгляды Брэгга не получили широкого признания, а наблюденияДифракция рентгеновского излученияМакс фон Лауэ в 1912 году подтвердил, что большинство ученых считают рентгеновские лучи формой электромагнитного излучения.