Os índices de uma direção são simplesmente os componentes do vetor da direção segundo os eixos coordenados, reduzidos aos menores inteiros. Por exemplo, se numa célula unitária cúbica a origem está num dos vértices e os eixos são paralelos às arestas, uma diagonal do cubo seria [111] (Figura 4.c). Os números “111” são os índices de Miller da direção, e o uso dos colchetes, em vez de parênteses, indica que eles se referem a uma direção cristalográfica, e não a um plano. Uma das diagonais das faces seria a direção [110]. Diz-se que direções de mesma distribuição atômica linear são da mesma forma, sendo representadas assim: {110} inclui as direções [110], 
, [011], etc, que formam uma família de direções cristalográficas. É útil notar que no sistema cúbico, e só no sistema cúbico, todas as direções e planos com índices idênticos são perpendiculares entre si, isto é, a normal a um plano é a direção com os mesmos índices do plano. Esta relação permite o uso de álgebra vetorial para simplificar muitos cálculos cristalográficos.
Figura 4.c – Índices de Miller de direções cristalinas.