A água expande cerca de 9% ao congelar.

Na fase líquida, as moléculas de água se movem livremente e permanecem próximas. A água atinge sua densidade máxima a 4 °C. Abaixo dessa temperatura, o movimento molecular diminui e começam a se formar conexões estáveis chamadas ligações de hidrogênio.Essas ligações organizam as moléculas em uma estrutura hexagonal, semelhante a uma colmeia, que contém muito espaço vazio em seu interior. Por causa desse arranjo, o gelo ocupa um volume maior do que a água líquida original. Essa expansão gera uma pressão enorme, que pode ultrapassar 2.000 kgf/cm².Essa força é suficiente para romper canos de metal ou rachar rochas sólidas. Como o gelo ocupa mais espaço mantendo o mesmo peso, ele se torna menos denso que a água líquida, o que o faz flutuar. Se o gelo afundasse, os lagos congelariam de baixo para cima, impossibilitando a vida aquática. O gelo flutuante atua como um isolante térmico, mantendo a água abaixo aquecida o suficiente para a sobrevivência das espécies.