Cuando el agua se congela, las moléculas disminuyen su velocidad y adoptan una posición fija, aunque no del todo como se podría pensar. El agua está formada por moléculas con dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno, esas moléculas no dejan de moverse como unidades. Uno podría pensar que todos se detendrían, porque la Tercera Ley de la Termodinámica dice que la entropía disminuye con la temperatura, acercándose a cero. Sin embargo, el hielo no muestra esa propiedad, que es una de las razones por las que el hielo es el único sólido menos denso que su estado líquido.
Los investigadores han descubierto que los átomos de oxígeno en el agua se asientan en una estructura ordenada con una forma cristalina, pero que los átomos de hidrógeno no encajan en un patrón. Ellos dejan de moverse (después de todo, eso es parte de volverse sólido), pero no se quedan con los átomos de oxígeno. Esta es una de las razones por las que la creación de hielo es menos eficiente en términos de espacio. La falta de eficiencia en el espacio conduce a una densidad más baja, por lo que si una botella de vidrio de agua se coloca en el congelador, explotará. El espacio dentro del hielo es más grande que el espacio dentro del agua, y tiene que empujar a través del vaso.
