La mayoría de las sustancias son más densas en estado sólido que en estado líquido. El agua, por otro lado, es más densa en estado líquido que en estado sólido. Esto se debe a que cuando el agua se congela, sus moléculas forman una estructura cristalina que es menos densa que el agua líquida. La densidad del hielo es de aproximadamente 917 kg/m^3, mientras que la densidad del agua líquida es de aproximadamente 1000 kg/m^3.

Esta propiedad inusual del agua tiene importantes implicaciones para el medio ambiente y para la vida en la Tierra. Por ejemplo, el hielo flota sobre el agua, lo que ayuda a aislar las masas de agua y evita que se congelen. Esto permite que la vida acuática sobreviva incluso en los climas más fríos. Además, la expansión del agua a medida que se congela puede hacer que las rocas se agrieten y se rompan, lo cual es una fuerza importante en la erosión de la superficie de la Tierra.