Lorsque l'eau gèle, les molécules ralentissent et prennent une position fixe, mais pas tout à fait comme on pourrait le penser. L'eau est composée de molécules avec deux atomes d'hydrogène et un atome d'oxygène, mais ces molécules ne s'arrêtent pas simplement de bouger en tant qu'unités. On pourrait penser qu'ils s'arrêteraient tous, car la troisième loi de la thermodynamique dit que l'entropie diminue avec la température, se rapprochant de zéro. Cependant, la glace ne présente pas cette propriété, ce qui explique en partie pourquoi la glace est le seul solide moins dense que son état liquide.
Les chercheurs ont découvert que les atomes d'oxygène dans l'eau se déposent dans une structure ordonnée avec une forme cristalline, mais que les atomes d'hydrogène ne correspondent pas à un motif. Ils cessent de bouger (après tout, cela fait partie de la formation d'un solide), mais ils ne restent pas avec les atomes d'oxygène. C'est une des raisons pour lesquelles la création de glace est moins efficace en termes d'espace. Un manque d'efficacité dans l'espace entraîne une densité plus faible, c'est pourquoi si une bouteille d'eau en verre est mise au congélateur, elle explosera. L'espace à l'intérieur de la glace est plus grand que l'espace était à l'intérieur de l'eau, et il doit pousser à travers le verre.
