A maioria das substâncias é mais densa como sólido do que como líquido. A água, por outro lado, é mais densa como líquido do que como sólido. Isso ocorre porque quando a água congela, suas moléculas formam uma estrutura cristalina menos densa que a água líquida. A densidade do gelo é de cerca de 917 kg/m^3, enquanto a densidade da água líquida é de cerca de 1000 kg/m^3.

Esta propriedade incomum da água tem implicações importantes para o meio ambiente e para a vida na Terra. Por exemplo, o gelo flutua na água, o que ajuda a isolar corpos d'água e evita que congelem. Isso permite que a vida aquática sobreviva mesmo nos climas mais frios. Além disso, a expansão da água à medida que ela congela pode causar rachaduras e quebras nas rochas, o que é uma força importante no desgaste da superfície da Terra.