Snježna pahuljica je kristal leda. Većinom su to nakupine monokristala leda, ali znaju biti i samostalni monokristali. Snježnu pahuljicu od općeg pojma “monokristala leda” izdvaja složeni vanjski oblik i simetrija.
One nastaju u oblacima i to na temperaturama nižim od 0°C izravno iz vodene pare u zraku, a ne smrzavanjem vode kako se obično misli. Da bi pahuljica mogla rasti mora postojati početni, inicijalni kristalić leda. On čini nukleus (jezgru), a sastoji se od desetak do par stotina molekula te se na njega lako ugrađuju nadolazeće molekule vodene pare. No da bi se stvorio inicijalni kristalić leda mora postojati jezgra nukleacije. Tu funkciju jezgre nukleacije obavljaju fina zrnca prašine različitih izvora. Ako nije zadovoljena temperatura, tj. ako je ona viša od 0°C, molekule vodene pare će kondezirati u kapljice, također na zrncima prašine. Svaka kišna kap i svaka snježna pahuljica sadrži barem jedno zrnce prašine.
Proces nastajanja pahuljica može se jednostavno prikazati tumačenjem faznog dijagrama vode. Radi se o tlak/temperatura (p/T) grafu. U zraku na nekoj visini, u oblaku, unutar određenog opsega temperature i vlažnosti postoje dva, a često i tri agregatna stanja vode. Fazni dijagram pokazuje ravnotežne linije (granice) faza između tri faze: krute, tekuće i plinovite. Granica između tekuće i plinovite faze ne nastavlja se u beskonačnost, nego se prekida u točki koja se naziva kritična točka. To zapravo znači da se na ekstremno visokim temperaturama i tlakovima tekuća i plinovita faza ne mogu razlikovati. Tu fazu nazivamo superkritični fluid.
Padne li temperatura ispod 0°C tekuća faza bi se trebala skrutiti u led i opet bi promatrani sustav bio u skladu s faznim dijagramom. Postojale bi samo dvije faze, led i para, ali to se rijetko događa. Češća je situacija kada kapljice vode ostaju u tekućem stanju i premda pothlađene, mogu održati tekuće stanje sve do -41°C (ako na površini nema kemijskih i mehaničkih nečistoća), a nakon koje obavezno kristaliziraju u led. U stvarnosti upravo zbog nečistoća one se počinju smrzavati i na višim temperaturama od -41°C. Te nečistoće na površini imaju jednaku ulogu kao i zrnca prašine prilikom inicijalne kristalizacije pahuljice. One djeluju kao centri oko kojih počinje kristalizacija.
Pahuljice se istražuju iz više razloga, a jedan od njih je taj da su pahuljice jedan od instrumenata za razumijevanje fizike oblaka. Pokazalo se da o svojstvima površine snježnih kristala ovise neki kemijski procesi koji se odvijaju u visokim oblacima. Razlog istraživanja potječe također i iz svijeta industrije, gdje proizvodnja ovisi o znanju morfologije i rastu kristala. To su u pravilu industrije koje se bave proizvodnjom poluvodičkih kristala, elektroničkih komponenata visoke integracije, optičkih kristala za proizvodnju lasera, zatim prehrambena industrija i slično.
Simetrija je glavna komponenta ljepote snježnih pahuljica. Pahuljice imaju kristalnu strukturu, a njihov makroskopski oblik je uvijek heksagonska prizma.
Snježne pahuljice rano su privukle pažnju znanstvenika. 1611. godine Johannes Kepler, fizičar poznat po trima zakonima o planetima, u svojoj knjizi “A new year`s gift of hexagonal snow” raspravlja o uočenom pravilnom šesterokutnom obliku snježne pahuljice. 1635. godine, Rene Descartes, filozof i matematičar, također dio svog kreativnog rada posvećuje snježnim pahuljicama. On je zabilježio vrlo detaljne i dojmljive opise oblika pahuljica koje je vidio prostim okom. Zapazio je da su nalik pločicama leda, šesterokutnog oblika i vrlo pravilne.
