W stanie ciekłym cząsteczki wody bardzo szybko zmieniają swoje położenie, co sprawia, że ich ułożone jest całkowicie losowe - chaotyczne. W stanie ciekłym, nawet gdy powstają struktury cząsteczek połączane wiązaniami wodorowymi, to są one niestabilne, krótkotrwałe.

Gdy zmniejszamy temperaturę i woda zaczyna krzepnąć, zamieniając się w lód, wspomniane struktury cząstek stają się coraz bardziej stabilne. Formuje się kryształ, który jest zbudowany z powtarzających się, pustych w środku komórek elementarnych, które kształtem przypominają graniastosłupy o podstawie sześciokątów foremnych. Miedzy cząsteczkami wody jest dużo pustej przestrzeni. To dlatego woda, gdy zamarza, zwiększa swoją objętość, przy równoczesnym zmniejszeniu gęstości.

Masa wody jest taka sama, jak masa lodu, dlatego: $m=V_wd_w=V_ld_l$, skąd wynika, że $V_w=\frac{d_l}{d_w}V_l.$