Deși se pare că expansiunea apei contrazic relația dintre temperatură și volum, așa cum este descris mai sus, nu este. Distanța medie dintre moleculele de răcire continuă să scadă odată cu scăderea temperaturii. deoarece energia cinetică scade, cum era de așteptat. Dar există o expansiune fizică mai degrabă decât termică, deoarece moleculele de apă formează structura cristalină. Atunci când atomii de hidrogen și oxigen formează legături, acestea sunt împărțite în perechi, cu o singură parte molecula de apă primește o sarcină pozitivă ușor mai mare decât celălalt. Ca urmare, moleculele acționează ca magneți triunghiulare în care o parte este negativ pe cale electrostatică, iar celălalt - pozitiv.
În stare lichidă polii electrostatic atrag moleculele încărcat și direcția lichidului adiacent ușor comprimat. Când lichidul începe să se schimbe în starea solidă, moleculele sunt rearanjate pentru a forma o structură cristalină cu o entropie mai mică. Structura solidă încalcă atracția electrostatică dintre moleculele prin conectarea acestora. Distanța dintre moleculele din structura cristalină este puțin mai mare decât în stare lichidă, cantitatea de apă crește atunci când se schimbă de stat la un solid. Dacă nu pentru această structură, cantitatea de apă ar fi mai mare decât suma egală cu greutatea gheții, ca și în alte substanțe.