Les cristaux se forment par un processus appelé nucléation, qui a lieu dans des solutions contenant une concentration élevée de soluté. Une fois qu'un noyau est formé, les particules de soluté s'y attachent, provoquant ainsi la croissance d'un cristal.
Les cristaux se forment généralement lorsqu'une solution hautement saturée est préparée en ajoutant des concentrations élevées d'un soluté à un liquide, tel que de l'eau, et en dissolvant complètement le soluté. Si les molécules de soluté dissoutes s'agrègent ensemble, elles forment des cristaux, et cette agrégation peut être initiée en ajoutant un noyau à la solution. Un noyau est une surface solide qui est ajoutée à la solution pour fournir aux molécules une surface sur laquelle s'agréger, permettant ainsi à un cristal de se développer.
L'agrégation de molécules de soluté peut être initiée spontanément dans la solution sans l'ajout d'un noyau externe. Les molécules de soluté sont presque toujours entourées ou "protégées" par les molécules de solvant. Cependant, s'il y a une concentration élevée de soluté, les molécules peuvent entrer en collision les unes avec les autres et se coller les unes aux autres pour former un noyau où les cristaux peuvent se développer. La plupart du temps, lorsque les molécules de soluté entrent en collision, elles ont tendance à se séparer les unes des autres plutôt que de se coller les unes aux autres en raison de diverses forces présentes dans la solution. Cependant, si de multiples collisions se produisent en peu de temps entre plusieurs molécules, l'agrégat de molécules peut atteindre une taille critique, formant un noyau stable. L'évaporation améliore la formation de cristaux en éliminant les molécules de solvant et en permettant une fréquence accrue de collisions entre les molécules de soluté.
