L'acqua aumenta il suo volume di circa il 9% quando si trasforma in ghiaccio.

Allo stato liquido, le molecole d'acqua si muovono liberamente e restano vicine tra loro. L'acqua raggiunge la sua massima densità a 4 °C; scendendo al di sotto di questa temperatura, il movimento molecolare rallenta e iniziano a formarsi legami stabili chiamati legami a idrogeno.Questi legami costringono le molecole a disporsi in una struttura esagonale simile a un nido d'ape, che racchiude ampi spazi vuoti al suo interno. Di conseguenza, il ghiaccio occupa un volume maggiore rispetto all'acqua liquida originaria. Questa espansione genera una pressione enorme, che può superare i 2.000 bar (circa 30.000 psi).Tale forza è sufficiente a spaccare rocce o far esplodere tubature metalliche. Poiché il ghiaccio occupa più spazio pur mantenendo lo stesso peso, risulta meno denso dell'acqua: ecco perché galleggia. Se il ghiaccio affondasse, i laghi gelerebbero dal fondo verso l'alto, uccidendo la fauna ittica. Lo strato superficiale di ghiaccio funge invece da isolante termico, mantenendo l'acqua sottostante a una temperatura idonea alla vita.