Quando l'urina si sovrasatura (cioè quando il solvente contiene più soluto rispetto a quanto può tenerne in soluzione) con una o più sostanze calculogeniche (che formano i calcoli), un cristallo può formarsi attraverso il processo di nucleazione. La nucleazione eterogenea (dove vi è una superficie solida sulla quale un cristallo può crescere) procede più rapidamente rispetto alla nucleazione omogenea (dove un cristallo deve crescere in un mezzo liquido senza che vi sia una superficie solida), poiché tale processo richiede meno energia. Aderendo alle cellule sulla superficie di una papilla renale, un cristallo può crescere e aggregarsi in una massa organizzata. A seconda della composizione chimica del cristallo, il processo di formazione del calcolo può procedere più rapidamente quando il pH dell'urina è insolitamente alto o basso.