L'eau se dilate d'un facteur 112, soit environ 9 %, lorsqu'elle gèle. L'eau, contrairement à la plupart des autres liquides, forme des liaisons hydrogène plus fortes lorsque les températures baissent. Cela conduit à une structure en réseau cristallin avec des vides laissés entre les molécules. Au fur et à mesure que les molécules s'arrangent de cette manière, la substance se dilate et devient moins dense.
Les molécules d'eau glissent normalement les unes sur les autres de manière fluide et facile, mais lorsque la température descend en dessous de zéro, les deux atomes d'hydrogène s'alignent avec leurs voisins. Cet alignement finit par devenir une structure cristalline rigide, laissant des ouvertures entre les molécules. Ces zones ouvertes sont l'endroit où le volume global de la substance a augmenté ou augmenté d'environ 9 %, c'est pourquoi la glace flotte sur l'eau et ne coule pas.
Si l'eau ne se dilatait pas lorsqu'elle était gelée, la Terre serait un endroit différent. Si l'eau se contractait lorsqu'elle était gelée, elle serait plus dense que l'eau environnante et coulerait. Cela laisserait la glace submergée et hors de portée de la lumière du soleil, tout en gelant les poissons et les animaux vivant au fond ou près du fond. La glace submergée refroidirait également lentement la planète, créant un environnement froid et inhospitalier pour la vie telle qu'elle est connue aujourd'hui, en particulier pour la vie humaine.
