Woda rozszerza się o czynnik 112 lub około 9 procent, gdy zamarza. Woda, w przeciwieństwie do większości innych płynów, tworzy mocniejsze wiązania wodorowe w miarę spadku temperatury. Prowadzi to do struktury sieci krystalicznej z lukami pozostawionymi pomiędzy cząsteczkami. Ponieważ cząsteczki układają się w ten sposób, substancja rozszerza się i staje się mniej gęsta.
Cząsteczki wody normalnie ślizgowe przepływają jedna po drugiej płynnie i łatwo, ale gdy temperatura spada poniżej zera, oba atomy wodoru wyrównują się z sąsiadami. To ustawienie ostatecznie staje się sztywną, krystaliczną strukturą, pozostawiając otwory między cząsteczkami. Te otwarte obszary to miejsca, w których całkowita objętość substancji wzrosła lub wzrosła o około 9 procent, dlatego lód unosi się na wodzie i nie tonie.
Jeśli woda nie rozszerzy się po zamrożeniu, Ziemia będzie innym miejscem. Jeśli woda skurczy się podczas zamrożenia, będzie bardziej gęsta niż otaczająca woda i opada. Pozostawiłoby to lód zanurzony w wodzie i poza zasięgiem światła słonecznego, jednocześnie zamrażając ryby i zwierzęta żyjące na dnie lub w jego pobliżu. Zanurzony lód będzie również powoli ochładzał planetę, prowadząc do zimnego i niegościnnego środowiska dla życia, jak to jest dzisiaj znane, szczególnie dla ludzkiego życia.
