水分子根本不变化，变化的是它们之间的相互作用。
当水的密度达到峰值时，温度达到39.2华氏度(4摄氏度)。当冰晶中的水分子在32华氏度形成时，它们被锁在一起，因此它们之间的距离比液态时要远，所以冰的密度大约比液态的小5%。在略高于冰点的温度下，水分子开始形成短暂的小基团，因为它们开始被锁在一起。
整个现象都是由氢键引起的。水分子有一个偶极子，即氧有一个轻微的负电荷和氢有一个轻微的正电荷。所以两个水分子可以通过一个弱静电键相互结合。
许多其他化合物显示氢键，但水的氢键是最重要的，氢键在液态和固态有重要的影响，没有它，水将是一种气体，像甲烷。
