Nước đá nổi trong nước vì nó ít đặc hơn nước nhờ một loại liên kết hóa học đặc biệt được gọi là liên kết hydro. Thông thường, chất rắn đặc hơn chất lỏng của cùng một chất, chẳng hạn như chì rắn, nhưng đó không phải là trường hợp của nước và đá.
Liên kết hydro là liên kết yếu xảy ra giữa một cặp electron không liên kết từ nguyên tử khác và nguyên tử hydro. Các phân tử nước thường tạo liên kết hydro giữa nhau. Khi nhiệt độ ấm, các phân tử nước có nhiều năng lượng và chúng có thể di chuyển qua nhau cũng như trộn lẫn với nhau. Điều đó thay đổi khi nhiệt độ được làm mát. Ở nhiệt độ lạnh hơn, nước thải ra ít năng lượng hơn và liên kết hydro diễn ra một cách nghiêm túc. Do đó, các phân tử tạo thành một tinh thể có trật tự thông qua liên kết hydro.
Điều này có thứ tự các không gian tinh thể mà các phân tử cha và cha khác nhau tách rời nhau. Chẳng bao lâu chúng sẽ xa nhau hơn so với khi chúng còn là một chất lỏng, điều này làm cho băng ít đặc hơn nước. Vật thể ít đặc hơn luôn là vật nổi để băng trôi trong nước. Khối lượng riêng là thước đo độ nặng tương đối của một vật thể có thể tích không đổi. Khối lượng của nước đá cũng lớn hơn khối lượng tương tự của nước lỏng.
