Su buza donduğunda, sıcaklıktaki değişim, moleküller arasındaki boşluğu artıran, su molekülleri arasında fazla miktarda hidrojen bağı oluşturur. Oluşturulan ilave alan, donarken suyun yoğunluğunu azaltır ve buzun sudan daha az yoğun olmasını sağlar. Su molekülleri donarken, daha sıkı bir şekilde bir araya gelen ve daha yoğun bir yoğunluk oluşturan moleküller yerine, hidrojen bağları bir 3.4-moleküllü bağdan 4-moleküllü bir bağa yükselir, bu da buzdaki fazla alan ve azaltılmış yoğunluğu yaratır.
Buzun kristal yapısı aslında su moleküllerinin yoğunluğunu azaltan hidrojen bağlarıyla yaratılır ve korunur. Moleküllerin yoğunluğunun azalması, buzu lavaboya değil, sıvı su içerisinde yüzmesine izin verir. Bu şekilde, su ve buz, aynı hacmin diğer sıvı ve katı maddelerinden farklı davranır. Genel olarak, bir sıvı katılaşınca kinetik enerji sıcaklık ile birlikte azalır. Bu, molekülleri birbirine daha yakın bir şekilde paketler ve katı versiyonun aynı hacmin sıvı versiyonundan daha yoğun olmasını sağlar. Katı, sıvıdan daha yoğun olduğunda, sıvı, sıvıya yerleştirildiğinde batar. Su donduğunda yoğunluğunu yitiren tek maddedir.
