雪花呈現六角形的原因主要與水的分子結構和雪花形成過程中的物理條件有關。具體來說：
雪花的基本組成單位是冰胚，每個冰胚由五個水分子組成，其中四個水分子位於四面體的角上，另一個水分子位於四面體的中心。這些冰胚互相連線形成冰晶，多個冰晶結合在一起便構成了雪花。
雪花形成於雲中，屬於六方晶系，六方晶系具有四個結晶軸，其中三個輔軸在一個平面上，互相以六十度角相交；另一個主軸與這三個輔軸形成平面垂直。六方晶系的最典型形狀是六稜柱體。
在雪花形成的過程中，如果主晶軸方向晶體發育較慢，而三個輔軸方向發育較快，晶體就呈現出六邊形片狀。當水汽凝華結晶時，如果主晶軸比其他三個輔軸發育得慢，並且很短，那麼晶體就形成片狀；如果主晶軸發育很快，延伸很長，那麼晶體就形成柱狀。
雪花在空中飄浮時還會振動，這種振動環繞對稱點進行，保證了在增長過程中的雪花始終保持六角形。
雪花的形狀還受到溫度和濕度條件的影響，不同的環境條件會導致雪花的形狀有所變化。