Η κρυστάλλωση είναι ο σχηματισμός κρυστάλλων που προκύπτει όταν ένα στερεό καθιζάνει από ένα υγρό διάλυμα ή, σπάνια, απευθείας από ένα αέριο. Ο όρος χρησιμοποιείται για να περιγράψει αυτή τη διαδικασία στη φύση καθώς και όταν συμβαίνει σε εργαστηριακό ή βιομηχανικό περιβάλλον. Ορυκτές και οργανικές ενώσεις ακόμα και νερό μπορούν να κρυσταλλωθούν. Οι περισσότεροι κρύσταλλοι είναι κάποιου τύπου ένωση, αλλά είναι δυνατοί κρύσταλλοι καθαρών στοιχείων. Με αυτή τη διαδικασία σχηματίζονται νιφάδες χιονιού, αλάτι και μερικοί πολύτιμοι λίθοι.
Οι κρύσταλλοι σχηματίζονται όταν η συγκέντρωση μιας διαλυμένης ουσίας φτάσει στο μέγιστο, μια κατάσταση που ονομάζεται υπερκορεσμός. Η ψύξη ή η εξάτμιση του διαλύματος θα ενεργοποιήσει στη συνέχεια τη διαδικασία κρυστάλλωσης. Μια μείωση της θερμοκρασίας μπορεί να προκαλέσει σχηματισμό κρυστάλλων επειδή η ικανότητα ενός διαλύματος να συγκρατεί μια διαλυμένη ουσία εξαρτάται εν μέρει από τη θερμοκρασία. Όσο μειώνεται η θερμοκρασία, μειώνεται και η διαλυτότητα. Η εξάτμιση αυξάνει τη συγκέντρωση της διαλυμένης ουσίας στο διάλυμα, πυροδοτώντας την κρυστάλλωση.
Το πρώτο στάδιο στο σχηματισμό οποιουδήποτε κρυστάλλου ονομάζεται πυρήνωση. Η πυρηνοποίηση είναι ο συνδυασμός δύο ή περισσότερων μορίων της διαλυμένης ουσίας. Αυτά τα μόρια θα προσελκύσουν περισσότερα μόρια, τα οποία θα συνδεθούν με τους αρχικούς κρυστάλλους με κανονικό σχέδιο. Αυτή η δομή αυτού του σχεδίου, ή μήτρας, εξαρτάται από τις μοριακές ιδιότητες της ουσίας που κρυσταλλώνεται, αλλά θα συνεχίσει να διαδίδεται με κανονικό τρόπο καθώς προστίθενται περισσότερα μόρια. Αυτή η διαδικασία μπορεί να συνεχιστεί ακόμη και όταν η συγκέντρωση της διαλυμένης ουσίας πέσει κάτω από το σημείο υπερκορεσμού, καθώς ο κρύσταλλος θα συνεχίσει να προσθέτει περισσότερα μόρια στη μήτρα του.
Η πιο γνωστή διαδικασία κρυστάλλωσης είναι ο σχηματισμός κρυστάλλων νερού στην ατμόσφαιρα. Αυτό συμβαίνει σε όλο τον κόσμο, σε συνεχή βάση, καθώς ο αέρας που περιέχει υδρατμούς ψύχεται. το νερό κρυσταλλώνεται σε πάγο, και καθώς οι κρύσταλλοι του νερού μεγαλώνουν, σχηματίζουν νιφάδες χιονιού.
Η κρυστάλλωση μπορεί επίσης να συμβεί πολύ αργά. Ο σχηματισμός σταλακτίτη στα σπήλαια είναι μια μορφή σχηματισμού κρυστάλλων που λαμβάνει χώρα σε πολλούς αιώνες ή και εκατομμύρια χρόνια. Καθώς το νερό που περιέχει διαλυμένα ορυκτά ρέει πάνω από την επιφάνεια του σταλακτίτη, τα μόρια αυτών των ορυκτών συνδέονται με άλλα μόρια, προσθέτοντας πολύ σταδιακά στον σταλακτίτη.
Οι αρχαίοι λαοί σε όλο τον κόσμο έπαιρναν αλάτι με το σχηματισμό κρυστάλλων αλατιού από την εξάτμιση του θαλασσινού νερού. Αυτή η πρακτική εξακολουθεί να χρησιμοποιείται σήμερα ως ένας φθηνός και αποτελεσματικός τρόπος λήψης αλατιού. Οι κρύσταλλοι αλατιού εξορύσσονται σε ορισμένες περιοχές του κόσμου από τεράστια κοιτάσματα, μερικές φορές πάχους χιλιάδων ποδιών, που παραμένουν από την εξάτμιση των προϊστορικών θαλασσών.
Άλλοι κρύσταλλοι είναι ιδιαίτερα περιζήτητοι και εξορύσσονται για την αξία τους ως πολύτιμων λίθων. Αν και δεν είναι όλοι οι πολύτιμοι λίθοι κρύσταλλοι, πολλοί σχηματίζονται βαθιά μέσα στη γη σε μια περίοδο χιλιάδων ή εκατομμυρίων ετών. Πολλοί τύποι κρυστάλλων δημιουργούνται τεχνητά από τον άνθρωπο, αλλά όλες αυτές οι διαδικασίες βασίζονται στις ίδιες χημικές αρχές με τις οποίες σχηματίζονται οι φυσικοί κρύσταλλοι. Πολλά τρόφιμα, μέταλλα και βιομηχανικά υλικά παράγονται με κρυστάλλωση.