החידה מפורסמת בעיקר בזכות הפתרון היפה של דודני, הנראה באיור. לא רק שדודני אכן הצליח לבצע את המשימה בעזרת ארבעה חיתוכים בלבד, אלא גם ניתן לתלות צירים המחזיקים את ארבעת החלקים יחד, כך שכאשר מסובבים את החלקים לכיוון אחד נוצר ריבוע, וכאשר מסובבים אותם לכיוון השני נוצר משולש שווה-צלעות. דודני נותן בספר הסבר מפורט וטכני כיצד למצוא את הנקודות המשמשות לחיתוך, אך הוא אינו נותן רמז לאופן שבו הוא גילה את החיתוך. דרך אחת שבה ניתן לייצר את החיתוך מבוססת על השוואת שני ריצופים של המישור (ראו איור מימין), וההערכה היא כי דודני השתמש בשיטה זו.
חידות של חיתוך בלבד.
חיתוך לצורות שוות שטח.
קל להוכיח שניתן לחלק כל צורה לשתי צורות שוות שטח, בעזרת ישר אחד. ההוכחה מסתמכת על משפט ערך הביניים: נצייר קו במישור משמאל לצורה - ונחליק אותו ימינה דרך הצורה. בתחילה, כל שטח הצורה נמצא מימין לקו, ולבסוף כל שטח הצורה נמצא משמאל - בהכרח לאורך הדרך, בדיוק חצי משטח הצורה יהיה מימין לקו. ניתן להוכיח באופן דומה כי ניתן לחלק כל צורה ל-n חתיכות שוות שטח באמצעות n-1 קווים ישרים.
ישנן מספר חידות שבהם יש לחלק צורה לחלקים שווי שטח, ללא אמצעי מדידה. לדוגמה, חידה קלאסית מספרת על שני שודדים המחלקים ביניהם עוגה באופן הבא: השודד הראשון מחלק את העוגה לשתי חתיכות והשודד השני בוחר לעצמו את החתיכה לפי רצונו. באופן זה, החתיכות המתקבלות אינן בהכרח שוות שטח, אך אף אחד מהשודדים לא יכול להתלונן על מנת חלקו. החידה מבקשת למצוא דרך להכליל את החידה כך שניתן יהיה לחלק עוגה ל-n שודדים.
חיתוך לצורות זהות ולצורות דומות.
אף שניתן לחלק כל צורה ל-n צורות שוות שטח, לא כל צורה ניתן לחלק ל-n צורות זהות בצורתן, וישנן חידות רבות הדורשות זאת. באיור ניתן לראות כיצד ניתן לחלק את הצורה הנקראת "L טרומינו" ל-3 ול-4 חלקים זהים. חלוקת L טרומינו ל-2 חלקים זהים היא פשוטה יחסית; מיכאל בילר הוכיח שאת ה-L טרומינו ניתן לחלק גם לכל מספר לא ראשוני של חלקים זהים. לגבי מספרים ראשוניים הגדולים מ-3, לא התגלו עדיין חלוקות כאלו, אך גם לא הוכח שהן אינן אפשריות.
סוג מיוחד של צורות הן צורות שניתן לחלק אותן לחלקים הדומים לצורה המקורית. את ה-L טרומינו, כמו שנראה באיור, ניתן לבנות באמצעות ארבעה עותקים מוקטנים של עצמו. מרטין גרדנר נתן לצורות הללו את השם רפטיילים. וריאציה נוספת לחידות אלו היא חלוקת צורה לחלקים שכולם דומים זה לזה אך לא זהים.
חידות אלגבריות.
ישנן חידות רבות העוסקות בצד האלגברי של חיתוכים. חידה מפורסמת היא: מהו המספר הגדול ביותר של חלקים שאליו ניתן לחלק מעגל, בעזרת שישה חיתוכים של קווים ישרים בלבד?
חידה נוספת שואלת מהו המספר הקטן ביותר של חיתוכים הנדרשים על מנת לפרק חפיסת שוקולד בת 6x8 קוביות לקוביות בודדות.
לרבע את הריבוע.
חלוקה של מלבן לריבועים היא נושא לחידות רבות ולתגליות מפתיעות. פריצת דרך גדולה בהבנת חידות אלו קשורה בתגלית של קשר ביניהן לבין מעגלים חשמליים וחוקי קירכהוף. בנייה של מלבן בעזרת ריבועים זכתה לכינוי 'ריבוע של המלבן', כמשחק מילים על הבעיה הגאומטרית החשובה של תרבוע העיגול.
בשנת 1902 הציג הנרי ארנסט דודני חידה, לה קרא "תיבתה של הגברת איזבל", שמטרת לבנות ריבוע מחלקים שכוללים ריבועים קטנים יותר ומלבן. ב-1914 הציג סם לויד חידה שבה יש להרכיב ריבוע מאוסף של ריבועים קטנים יותר. הפתרון שמצא לויד כולל ריבועים בגדלים: 7,6,6,4,3,3,2,2,2,1,1 - ולבנייה כזאת קוראים היום "ריבוע לא מושלם של הריבוע" - "לא מושלם" מכיוון שהוא כולל ריבועים הזהים זה לזה. מקס דן הוכיח בשנת 1903 שניתן לרבע מלבן רק אם היחס בין אורכי הצלעות שלו הוא רציונלי. אחת השאלות המסקרנות ביותר שעלתה מהעבודות הללו היא האם ניתן "לרבע את הריבוע", כלומר האם ניתן לחלק את הריבוע לריבועים קטנים יותר, שאף אחד מהם לא זהה לאחר. הראשון לפתור את השאלה היה רולנד ספרג (Roland Sprague), שהצליח לחלק ריבוע ל-55 ריבועים קטנים יותר. במקביל אליו, הצליחו ארבעה סטודנטים מאוניברסיטת קיימברידג' לחלק את הריבוע ל-39 ריבועים קטנים יותר, ותוך כדי כך הגיעו לתובנות רבות הקשורות לתאוריה שמאחורי החידה.
ארבעת הסטודנטים: רולנד ברוקס, ארתור סטון, סדריק סמית וויליאם טוט, החלו בשנת 1936 לחקור באופן שיטתי את בעיית הריבוע של הריבוע ושל מלבנים. פריצת הדרך הגדולה בפתרון החידה הגיעה הודות לגילוי של אנלוגיה בין חיתוך למרובעים לבין מעגלים חשמליים. האנלוגיה התגלתה על ידי אחד מהרביעייה, סדריק סמית, ושלושת האחרים מיד נתנו לה את שמה המוכר כיום, "דיאגרמות סמית".
על מנת להבין את האנלוגיה, נביט על מלבן המחולק לריבועים ונבנה גרף מכוון אנלוגי למלבן באופן הבא:
האנלוגיה מתבטאת בכך ששני חוקי קירכהוף מתקיימים לגבי דיאגרמות סמית:
האנלוגיה למעגלים חשמליים איפשרה לקחת את תורת ניתוח המעגלים החשמליים ולהשתמש בה כדי לחקור ריבוע של מלבנים, וכך במהרה הצליחו חברי הרביעייה לרבע עוד ועוד מלבנים - ולבסוף גם לרבע את הריבוע עצמו. על בסיס העבודה הזאת בדק דאובסטיין בשנת 1978 את כל הגרפים המכוונים עד סדר 21 (כלומר כל הגרפים המכילים 21 קודקודים או פחות, גרפים המתרגמים למלבנים המחולקים ל-21 ריבועים או פחות), והראה שיש שיטה לחלק ריבוע ל-21 ריבועים שאינם זהים, וכן שאין חלוקה למספר קטן יותר של ריבועים לא זהים (Duijvestijn).
ב-1953 הוכיח דב ירדן, באמצעות נימוק נסיגה פשוט, שלא ניתן לפרק תבה תלת-ממדית כאיחוד זר של קוביות בגדלים שונים.
חידות הרכבה בלבד.
חידות הרכבה הן חידות שבהן נתונים מספר חלקים, והמטרה היא לחברם יחדיו. מבין חידות ההרכבה טנגרם ופאזלים זוכים להצלחה מסחרית רבה, וכן חידות הרכבה תלת-ממדיות.
ריצופים.
תת-קבוצה של בעיות הרכבה היא בעיות ריצופים, שבהן המטרה אינה להרכיב צורה מסוימת אלא למלא את כל המישור כולו.
מחקר מתמטי ושעשועי רב נעשה בנושא ריצופים, שחלקו נובע מהשימושים של ריצופים בטבע - כוורת דבורים, פני שטח של גבישים (קריסטלוגרפיה), תופעות גאולוגיות (כגון ברכות משושים ועוד) ובאמנות (כגון באמנות אסלאמית ובעבודותיו של מאוריץ קורנליס אשר). ניתן להוכיח שהמצולעים המשוכללים היחידים שאיתם ניתן לרצף את המישור הם המשולש, הריבוע והמשושה; ריצופים אלו נקראים ריצופים משוכללים. קיימת קבוצה גדולה של ריצופים הנקראים "אחידים", המורכבים משילוב של מספר סוגים של מצולעים משוכללים (ריצופים אלו מוגדרים כך שכל הקודקודים בהם זהים). תגלית מפורסמת בנושא ריצופים היא ריצופי פנרוז, שהתגלו בשנת 1973 על ידי הפיזיקאי רוג'ר פנרוז - באמצעותם ניתן לרצף את המישור כולו, אך הם אינם מאפשרים ריצוף מחזורי של המישור.
פוליאומינו.
בשנת 1953 הציג סולומון גולומב את המונח פוליאומינו, המתאר משטחים מישוריים (לעיתים מכונים "Lattice Animals") המורכבים מחיבור של מספר ריבועים זה לזה (לאורך שפותיהם). הפוליאומינו מחולקים למשפחות לפי מספר הריבועים שהם מכילים: המונומינו מכיל ריבוע אחד, הדומינו בנוי משני ריבועים, הטרומינו משלושה (ישנם שני סוגים במשפחת הטרומינו) הטטרומינו בנויים מארבעה ריבועים (ישנם 5 יצורים שונים כאלו, המככבים, יחד עם שיקופים שלהם, במשחק הטטריס) וכן הלאה. המצאת הפוליאומינו הביאה מיד לגל גדול של יצירת חידות הקשורות להרכבה ולריצוף.
חידה קלאסית היא לרצף לוח שחמט, (מורכב מ-8 שורות ו-8 עמודות, סך הכל 64 ריבועים) שממנו נחתכו הפינה הימנית התחתונה והשמאלית העליונה על ידי 31 אריחי דומינו. קל להראות שהמשימה בלתי אפשרית לביצוע.
דוגמה לסוג חידות נוסף היא החידה אלו מלבנים ניתן להרכיב מחיבור יחד של כל 12 הפנטומינו, ובכמה אפשרויות שונות אפשר ליצור כל מלבן?
הפוליאומינו מציגים גם מספר רב של בעיות קומבינטוריות. מציאת כמה פוליאומינו יש מכל משפחה (מונומינו אחד, דומינו אחד, שני טרומינו וכן הלאה), היא בעיית הרכבה קומבינטורית לא טריוויאלית (הבעיה עודנה פתוחה וישנם אומדנים בלבד למספר זה).
הרכבות תלת ממדיות.
במהלך הרצאה על מכניקת קוונטים שנתן ורנר הייזנברג, המציא פיט היין, משורר ומדען דני (הידוע גם כממציא של משחק הלוח הקס) שעשוע המהווה הכללה של הרכבות פוליאומינו לתלת-ממד. הרעיון של היין היה, בדומה לפוליאומינו, לבנות משפחות של גופים תלת-ממדיים הבנויים מחיבור יחדיו של קוביות שלהם קוראים "פוליקוביות". כך לדוגמה ישנם שתי תלת-קוביות - שני סוגים של גופים הבנויים מחיבור יחדיו של שלוש קוביות, ו-7 טטרקוביות: 7 צורות הבנויות מחיבור יחדיו של ארבע קוביות. היין גילה שניתן לבנות קובייה בגודל 3x3x3 מ-7 יחידות של פוליקוביות (6 טטרקוביות ותלת-קובייה אחת). הוא נתן לחידה את השם "קוביית סומה", על שם הסם הבדיוני, מעורר התענוגות, מהספר "עולם חדש מופלא" של אלדוס האקסלי - משום שהמשחק, על פי היין ואחרים, הוא ממכר ומהנה במיוחד.
קוביית סומה היא אחת הדוגמאות הנמכרות ביותר לחידות הרכבה תלת-ממדיות. בחידות אלו האתגר אינו רק למצוא מה המיקום הנכון של כל חתיכה, אלא גם באיזה רצף יש לשלב את החלקים זה בזה. חידות אלו מוכרות בשם "חידות בור" (Burr puzzle) או "חידות שילובים" (Interlocking puzzles). באופן טיפוסי, החידות בנויות מחלקי עץ או מפלסטיק, ובשנים האחרונות נעשה שימוש בתוכנות מחשב להמצאה של חידות אלו ובדיקתן.
הפיכת צורה אחת לאחרת.