Ilman lämpötilasta ja kosteudesta riippuen lumihiutaleet muodostavat lukemattomia eri muotoja. Vesihöyry peittää pieniä pölyhiukkasia, jotka jähmettyvät jääkiteiksi. Vesimolekyylit asettuvat kuusikulmaiseen (heksagonaaliseen) rakenteeseen. Tämän prosessin tuloksena on upean kaunis lumihiutale, jota kaikki ovat rakastaneet lapsuudesta lähtien.
Äskettäin muodostunut lumihiutale on ilmaa raskaampi ja saa sen putoamaan. Kostean ilman kautta maahan pudotessaan yhä enemmän vesihöyryä jäätyy ja peittää kiteiden pinnan. Lumihiutaleen jäädytysprosessi on hyvin järjestelmällinen. Vaikka kaikki lumihiutaleet ovat kuusikulmaisia, niiden kuvioiden loput yksityiskohdat vaihtelevat. Kuten edellä mainittiin, tähän vaikuttavat lämpötila ja kosteus, jossa lumihiutale muodostuu. Jotkut näiden kahden tekijän yhdistelmät edistävät kuvioiden muodostumista pitkillä "neuloilla", kun taas toiset piirtävät koristeellisempia kuvioita.
(Jericho, Vermont) oli ensimmäinen henkilö, joka otti valokuvan lumihiutaleesta kameraan kiinnitetyllä mikroskoopilla. Hänen 5000 valokuvan kokoelma hämmästytti ihmisiä käsittämättömällä lumikiteiden valikoimalla.
Vuonna 1952 kansainvälisen luokituslaitosten liiton (IACS) tutkijat kehittivät järjestelmän, joka luokitteli lumihiutaleen kymmeneen perusmuotoon. IACS-järjestelmä on edelleen käytössä, vaikka kehittyneempiä järjestelmiä on jo olemassa. Kalifornian teknologiainstituutin fysiikan professori Kenneth Libbrecht on tehnyt laajaa tutkimusta siitä, miten vesimolekyylit muodostuvat lumikiteiksi. Tutkimuksessaan hän havaitsi, että monimutkaisimmat kuviot muuttuvat kosteassa ilmastossa. Kuivan ilman lumihiutaleilla on yleensä yksinkertaisempi kuvio. Lisäksi alle -22 C:n lämpötiloissa pudonneet lumihiutaleet koostuvat pääasiassa yksinkertaisista kuvioista, kun taas monimutkaiset kuviot ovat luontaisia lämpimämmille lumihiutaleille.
Coloradon Boulderissa sijaitsevan National Center for Atmospheric Researchin tutkijan mukaan keskimääräinen lumihiutale sisältää . David Phillips, Kanadan Environmental Conservancyn vanhempi ilmastotieteilijä, huomauttaa, että maapallon olemassaolon jälkeen pudonneiden lumihiutaleiden määrä on 10 ja niitä seuraa 34 nollaa.