Legarea de hidrogen dă apă o structură cu un spațiu considerabil între molecule, făcându-l să se extindă în dimensiune și să devină mai puțin densă într-o stare solidă decât într-una lichidă. Deoarece apa este mai densă decât gheața, gheață plutesc pe suprafața apei. Legăturile de hidrogen leagă fiecare moleculă de apă într-o medie de alte 3,4 molecule de apă, iar stratul care formează atunci când apa îngheață are mult spațiu gol în interiorul acesteia.
Apa este singurul lichid care devine mai puțin dens ca solid. Densitatea se referă la masa unui material pe unitate de volum, iar densitatea se schimbă odată cu temperatura. Chiar dacă masa rămâne constantă, spațiul sau volumul pe care îl ocupă se schimbă și cu temperatura. Pe măsură ce temperaturile cresc, la fel și vibrația moleculelor materialelor, ducând la această scădere a densității.
Dacă cineva pune gheață în apă sau îl lasă expus la aer, începe să se topească mai devreme în apă, presupunând că apa și aerul au ambele temperaturi identice. Apa lichidă are molecule mai aglomerate decât cele din aer, dând un nivel mai ridicat de contact cu gheața și o viteză mai rapidă de transfer de căldură. Adăugați asta la faptul că apa lichidă are o rată mai mare de transfer de căldură, iar explicația devine clară.
