例如高密度非结晶冰和超高密度非结晶冰的密度都比液态纯水要高。因此，普通冰密度比水高的理由并不能容易地凭直觉所得，而且它跟氢键固有的不寻常特性有很大的关系。总的来说，水在凝固时的膨胀是由于其以氢键不寻常的弹性而排成的纵列分子结构，以及能量特别低的六角形晶体形态（也就是标准状态下所採用的形态）。那就是当水冷却的时候，它尝试在晶格形态下成堆，而该晶格会把键的旋转及振动分量拉长，所以一个水分子会被邻近的几个分子推挤，这实际上就减少了当水在标准状态下成冰时的水密度"ρ"。这特性在地球生态系统中的重要性是不言而