کریستال ها، اگرچه مدت ها به دلیل نظم و تقارنشان مورد تحسین قرار می گرفتند، اما تا قرن هفدهم مورد مطالعه علمی قرار نگرفتند. یوهانس کپلر، در اثر خود، هدیه سال نو از برف شش ضلعی (1611)، فرض کرد که تقارن شش ضلعی دانه های برفکریستال هابه دلیل تجمع منظم ذرات کروی آب است.

دانشمند دانمارکی نیکلاس استنو (1669) پیشگام مطالعه تجربی تقارن کریستال بود. ReneJustHuy (1784) کشف کرد که هر چهره یک کریستال را می توان از نظر شکل و اندازه با یک الگوی انباشته ساده از همان بلوک ها توصیف کرد. کار هاوی منجر به این دیدگاه صحیح شد که کریستال ها آرایه های سه بعدی منظمی از اتم ها و مولکول ها هستند. یک سلول به طور نامحدود در امتداد سه جهت اصلی تکرار می شود که لزوماً عمودی نیستند. در قرن نوزدهم، یوهان هسل، آگوست براویس، اوگراف فدوروف، آرتور شونفلیس و ویلیام بارلو (1894) فهرست کاملی از تقارن‌های کریستالی را تدوین کردند. بارلو چندین ساختار کریستالی را در دهه 1880 پیشنهاد کرد که بعداً توسط آنها تأیید شدکریستالوگرافی اشعه ایکس.

کریستالوگرافی اشعه ایکس آرایش مولکول های آب را در یخ نشان می دهد و پیوندهای هیدروژنی را که جامدات را در کنار هم نگه می دارند آشکار می کند. چند راه دیگر برای تعیین ساختار ماده با این دقت وجود دارد. مفهوم فوتون توسط آلبرت انیشتین در سال 1905 معرفی شد، اما تا سال 1922 که آرتور کامپتون آن را با پراکندگی پرتوهای ایکس الکترون ها تأیید کرد، به طور گسترده ای پذیرفته نشد. بنابراین، این ویژگی‌های دانه‌دار پرتوهای ایکس، مانند یونیزاسیون گازها، ویلیام هنری براگ را در سال 1907 بر آن داشت تا استدلال کند که پرتوهای ایکس تابش الکترومغناطیسی نیستند. با این حال، نظرات براگ به طور گسترده پذیرفته نشد، و مشاهداتپراش اشعه ایکستوسط ماکس فون لائو در سال 1912 تأیید کرد که اکثر دانشمندان معتقدند اشعه ایکس نوعی تابش الکترومغناطیسی است.