Quando l'acqua viene congelata nel ghiaccio, il cambiamento di temperatura crea un eccesso di legami idrogeno tra le molecole d'acqua che aumentano lo spazio tra le molecole. Lo spazio aggiuntivo creato riduce la densità dell'acqua mentre si congela, rendendo il ghiaccio meno denso dell'acqua. Piuttosto che le molecole che si impacchettano più strettamente insieme e creano una densità più pesante, mentre l'acqua congela i legami di idrogeno aumentano da un legame di 3,4 molecole a un legame di 4 molecole, che crea lo spazio in eccesso e la densità ridotta nel ghiaccio.
La struttura cristallina del ghiaccio è effettivamente creata e mantenuta dagli stessi legami idrogeno che riducono la densità delle molecole d'acqua. La diminuzione della densità delle molecole consente al ghiaccio di galleggiare nell'acqua liquida piuttosto che nell'affondare. In questo modo, acqua e ghiaccio si comportano diversamente dalla maggior parte degli altri liquidi e solidi dello stesso volume. Generalmente, quando un liquido si solidifica, l'energia cinetica viene ridotta insieme alla temperatura. Questo raggruppa le molecole più strettamente insieme e rende la versione solida più densa della versione liquida dello stesso volume. Quando il solido è più denso del liquido, il solido affonda quando viene immerso nel liquido. L'acqua è l'unica sostanza che perde densità quando è congelata.
