A ligação de hidrogênio dá à água uma estrutura com espaço considerável entre as moléculas, fazendo com que ela se expanda em tamanho e se torne menos densa no estado sólido do que no líquido. Como a água é mais densa do que o gelo, cubos de gelo flutuam na superfície da água. As ligações de hidrogênio ligam cada molécula de água a uma média de 3,4 outras moléculas de água, e a rede que se forma quando a água congela tem muito espaço vazio dentro dela.
A água é o único líquido que se torna menos denso como um sólido. A densidade se refere à massa de um material por unidade de volume, e a densidade muda junto com a temperatura. Mesmo que a massa permaneça constante, o espaço ou volume que ocupa também muda com a temperatura. Conforme as temperaturas aumentam, também aumenta a vibração das moléculas do material, levando a esta queda na densidade.
Se alguém colocar gelo na água ou deixá-lo exposto ao ar, ele começa a derreter mais cedo na água, supondo que a água e o ar tenham temperaturas idênticas. A água líquida tem moléculas mais compactadas do que as do ar, proporcionando um nível mais alto de contato com o gelo e uma taxa de transferência de calor mais rápida. Adicione isso ao fato de que a água líquida tem uma taxa maior de transferência de calor, e a explicação se torna clara.
