Nước đá nổi trong nước bởi vì, không giống như hầu hết các chất, pha rắn của nước ít đặc hơn pha lỏng của nó. Khi nước đóng băng, nó sẽ nở ra một chút và kết quả là sự thay đổi về mật độ là đủ để cho phép các viên đá nổi trong một cốc nước.
Sự giãn nở của băng tại điểm đóng băng là do cấu trúc phân cực của các phân tử nước. Trong pha lỏng, các phân tử nước luôn chuyển động và có thể được đóng gói chặt chẽ với nhau. Tuy nhiên, khi nhiệt độ giảm xuống, các phân tử bắt đầu hình thành các tinh thể hình lục giác. Các liên kết hydro được tạo ra trong các tinh thể này sắp xếp các phân tử theo cách mà giữa chúng tồn tại nhiều không gian hơn là trong pha lỏng, dẫn đến sự giãn nở khoảng 8,3% về thể tích. Vì nước mà băng chiếm chỗ bây giờ có trọng lượng nhỏ hơn chính băng, nên băng nổi và nổi.
Tính chất độc đáo này rất quan trọng đối với sự phát triển của sự sống trên trái đất. Bởi vì băng trôi, sông và suối tạo thành một lớp băng trong suốt mùa đông. Nếu nước hoạt động giống như hầu hết các chất rắn khác và trở nên đặc hơn khi nguội đi, thì lớp băng này sẽ rơi xuống đáy của mỗi khối nước, làm nó trở nên rắn và giết chết bất kỳ sinh vật sống nào dưới bề mặt.
