A água se expande por um fator de 112, ou cerca de 9 por cento, quando congela. A água, ao contrário da maioria dos outros líquidos, forma ligações de hidrogênio mais fortes à medida que a temperatura cai. Isso leva a uma estrutura de rede cristalina com espaços vazios deixados entre as moléculas. À medida que as moléculas se organizam dessa maneira, a substância se expande e se torna menos densa.
Moléculas de água normalmente deslizam passando umas pelas outras com fluidez e facilidade, mas quando a temperatura cai abaixo de zero, os dois átomos de hidrogênio se alinham com seus vizinhos. Esse alinhamento eventualmente se torna uma estrutura cristalina rígida, deixando aberturas entre as moléculas. Essas áreas abertas são onde o volume total da substância aumentou ou se expandiu em aproximadamente 9 por cento, razão pela qual o gelo flutua na água e não afunda.
Se a água não se expandisse quando congelada, a Terra seria um lugar diferente. Se a água se contraísse quando congelada, seria mais densa do que a água ao redor e afundaria. Isso deixaria o gelo submerso e fora do alcance da luz solar, enquanto congelaria peixes e animais que vivem no fundo ou perto dele. O gelo submerso também resfriaria lentamente o planeta, levando a um ambiente frio e inóspito para a vida como é conhecido hoje, especialmente para a vida humana.
