Khi nước đóng băng, các phân tử chậm lại và có một vị trí cố định, mặc dù không hoàn toàn theo cách mà người ta có thể nghĩ. Nước được tạo ra từ các phân tử có hai nguyên tử hydro và một nguyên tử oxy, nhưng những phân tử đó không chỉ dừng lại chuyển động như những đơn vị. Người ta sẽ nghĩ rằng tất cả chúng sẽ dừng lại, bởi vì Định luật thứ ba của Nhiệt động lực học nói rằng entropi giảm xuống theo nhiệt độ, gần bằng không. Tuy nhiên, băng không thể hiện tính chất đó, đó là một lý do tại sao băng là chất rắn duy nhất ít đặc hơn trạng thái lỏng của nó.
Các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra rằng các nguyên tử oxy trong nước lắng đọng thành một cấu trúc có trật tự với hình dạng tinh thể nhưng các nguyên tử hydro không phù hợp với mô hình. Chúng ngừng chuyển động (xét cho cùng, đó là một phần của việc trở thành chất rắn), nhưng chúng không ở lại với các nguyên tử oxy. Đây là một lý do tại sao việc tạo ra băng kém hiệu quả hơn về mặt không gian. Không gian thiếu hiệu quả dẫn đến mật độ thấp hơn, đó là lý do tại sao nếu một chai nước thủy tinh được đặt trong ngăn đá, nó sẽ phát nổ. Không gian bên trong băng lớn hơn không gian bên trong nước và nó phải đẩy qua kính.
