Dit is waarom:

* Vorming van waterstofbruggen: Een waterstofbinding treedt op wanneer een waterstofatoom wordt aangetrokken tot een sterk elektronegatief atoom (zoals zuurstof) in een ander molecuul.

* Structuur van watermolecuul: Water heeft twee waterstofatomen en één zuurstofatoom. Het zuurstofatoom heeft twee eenzame paren elektronen.

* IJstructuur: In ijs vormt elk watermolecuul vier waterstofbruggen. Twee van deze bindingen worden gevormd met de twee waterstofatomen van het watermolecuul, en de andere twee bindingen worden gevormd met de enige paren elektronen op het zuurstofatoom.

Deze tetraëdrische opstelling van waterstofbruggen is wat ijs zijn kristallijne structuur geeft en verklaart de relatief lage dichtheid in vergelijking met vloeibaar water.