I cristalli si formano con un processo chiamato nucleazione, che avviene in soluzioni contenenti un'alta concentrazione di soluto. Una volta formato un nucleo, le particelle di soluto si legano ad esso, causando così la crescita di un cristallo.
I cristalli si formano solitamente quando una soluzione altamente satura viene preparata aggiungendo alte concentrazioni di un soluto a un liquido, come l'acqua, e dissolvendo completamente il soluto. Se le molecole di soluto disciolte si aggregano insieme formano cristalli, e questa aggregazione può essere iniziata aggiungendo un nucleo alla soluzione. Un nucleo è una superficie solida che viene aggiunta alla soluzione per fornire alle molecole una superficie su cui aggregare, consentendo così a un cristallo di crescere.
L'aggregazione di molecole di soluto può essere avviata spontaneamente nella soluzione senza l'aggiunta di un nucleo esterno. Le molecole di soluto sono quasi sempre circondate o "schermate" dalle molecole di solvente. Tuttavia, se c'è un'alta concentrazione del soluto, le molecole possono collidere l'una nell'altra e aderire per formare un nucleo in cui i cristalli possono crescere. La maggior parte delle volte, quando le molecole di soluto si scontrano, hanno la tendenza a separarsi l'una dall'altra piuttosto che aderire a causa delle varie forze presenti nella soluzione. Tuttavia, se si verificano collisioni multiple in breve tempo tra diverse molecole, l'aggregato di molecole può raggiungere dimensioni critiche, formando un nucleo stabile. L'evaporazione migliora la formazione dei cristalli rimuovendo le molecole di solvente e consentendo una maggiore frequenza di collisioni tra le molecole di soluto.
