Liên kết hydro tạo cho nước một cấu trúc có khoảng không gian đáng kể giữa các phân tử, khiến nó nở ra về kích thước và trở nên ít đặc hơn ở trạng thái rắn so với ở trạng thái lỏng. Vì nước đặc hơn nước đá, cục nước đá nổi trên mặt nước. Liên kết hydro liên kết mỗi phân tử nước với trung bình 3,4 phân tử nước khác và mạng tinh thể hình thành khi nước đóng băng có rất nhiều không gian trống bên trong nó.
Nước là chất lỏng duy nhất trở nên ít đặc hơn ở dạng rắn. Mật độ đề cập đến khối lượng của một vật liệu trên một đơn vị thể tích và mật độ thay đổi cùng với nhiệt độ. Mặc dù khối lượng không đổi, không gian hoặc thể tích mà nó chiếm cũng thay đổi theo nhiệt độ. Khi nhiệt độ tăng lên, sự rung động của các phân tử của vật liệu cũng kéo theo sự giảm mật độ này.
Nếu ai đó đặt băng trong nước hoặc để băng tiếp xúc với không khí, thì nó sẽ bắt đầu tan trong nước sớm hơn, giả sử rằng cả nước và không khí đều có nhiệt độ như nhau. Nước lỏng có các phân tử được đóng gói chặt chẽ hơn so với trong không khí, tạo ra mức độ tiếp xúc với băng cao hơn và tốc độ truyền nhiệt nhanh hơn. Thêm vào đó là thực tế là nước lỏng có tốc độ truyền nhiệt cao hơn và lời giải thích trở nên rõ ràng.
