水變成冰體積變大，是因?yàn)橐簯B(tài)水中水分子之間存在著較強(qiáng)的氫鍵作用力。它比分子間的作用力（范得瓦耳斯力）大得多。當(dāng)水處于液態(tài)時(shí)，在氫鍵力的作用下，水分子靠近，在宏觀上就表現(xiàn)為體積小。而變?yōu)楣腆w時(shí)，水變?yōu)榫w，分子排列有了規(guī)律，氫鍵的作用力削弱，宏觀的表現(xiàn)為體積變大。

水結(jié)冰其實(shí)是一種結(jié)晶的現(xiàn)象，結(jié)晶首先需要有凝結(jié)核，然后凝結(jié)核不斷長(zhǎng)大，最終長(zhǎng)成大塊晶體。其實(shí)水結(jié)冰的過(guò)程并不簡(jiǎn)單，不是說(shuō)溫度降低到0℃，水就會(huì)結(jié)冰的，還需要水中含有一些小微粒，作為水分子剛開始結(jié)冰時(shí)的附著物，水中含有的這種小微粒又叫晶核。

水分子的排列往往讓氧原子朝外，氫原子朝內(nèi)，而氧原子略帶負(fù)電，因此喜歡周圍是正電的環(huán)境。如周圍的環(huán)境帶正電，溫度又是低于0℃，那么水就容易結(jié)冰，不管水中有沒有晶核。

在更高的溫度下開始結(jié)冰過(guò)程，水分子還需要一些其他的東西，比如灰塵、煤煙或其他雜質(zhì)，這樣水分子就可以在上面形成晶格，這就是成核的過(guò)程。