L'acqua si espande di un fattore di 112, o circa il 9 percento, quando si congela. L'acqua, a differenza della maggior parte degli altri liquidi, forma legami idrogeno più forti quando le temperature scendono. Questo porta ad una struttura a reticolo cristallino con vuoti lasciati tra le molecole. Mentre le molecole si dispongono in questo modo, la sostanza si espande e diventa meno densa.
Le molecole d'acqua normalmente scivolano passate l'un l'altra in modo fluido e facilmente, ma quando la temperatura scende al di sotto del punto di congelamento, i due atomi di idrogeno si allineano con i loro vicini. Questo allineamento diventa una rigida struttura cristallina, lasciando aperture tra le molecole. Queste aree aperte sono dove il volume complessivo della sostanza è aumentato, o espanso, di circa il 9%, motivo per cui il ghiaccio galleggia sull'acqua e non affonda.
Se l'acqua non si espandesse quando congelata, la Terra sarebbe un posto diverso. Se l'acqua si contrae quando è congelata, sarebbe più densa dell'acqua e del lavandino circostanti. Ciò lascerebbe il ghiaccio sommerso e fuori dalla portata della luce solare, mentre congelerebbe pesci e animali che vivono in prossimità o in prossimità del fondo. Il ghiaccio sommerso raffredderebbe lentamente il pianeta, portando a un ambiente freddo e inospitale per la vita come è noto oggi, in particolare per la vita umana.
