O gelo flutua na água porque, ao contrário da maioria das substâncias, a fase sólida da água é menos densa do que a fase líquida. Quando a água congela, ela se expande ligeiramente e a mudança resultante na densidade é suficiente para deixe os cubos de gelo flutuarem em um copo d'água.
A expansão do gelo em seu ponto de congelamento se deve à estrutura polar das moléculas de água. Na fase líquida, as moléculas de água estão sempre em movimento e podem ser compactadas juntas. À medida que a temperatura cai, no entanto, as moléculas começam a formar cristais hexagonais. As ligações de hidrogênio criadas nesses cristais organizam as moléculas de forma que haja mais espaço entre elas do que na fase líquida, resultando em uma expansão de cerca de 8,3% em volume. Como a água que o gelo desloca agora pesa menos do que o próprio gelo, o gelo é flutuante e flutua.
Esta propriedade única é importante para o desenvolvimento da vida na Terra. Como o gelo flutua, os rios e riachos formam uma camada de gelo durante o inverno. Se a água se comportasse como a maioria dos outros sólidos e se tornasse mais densa quando resfriada, esse gelo cairia no fundo de cada corpo de água, congelando-o e matando todos os seres vivos sob a superfície.
