水分子有极性
当许多水分子聚集在一起时，带负电的氧原子会与另一个水分子带正电的氢原子相互吸引，从而形成氢键，这样每一个水分子就可能与它周围四个水分子组成氢键。事实上，水的绝大多数物理和化学特性都与这些氢键有密切关系。
水分子通过氢键结合
由上面的分析我们可以看出，水分子是由氢键这种静电引力相互结合在一起的，由于这种力比较弱，每个水分子都可以在自己的位置上晃动，它们之间也可以随时变换位置，因此水在常温下表现为流动的粘性液体。
随着温度逐渐降低，水分子得到的能量越来越低，它晃动的幅度越来越小，当氢键的静电力占优势时，水分子之间的位置会相对固定下来，从而形成结晶。这就是固体的冰。
水分子在冰晶体中的排列
水发生相变的条件水通常有气态、液态和固态三种形式（超流体等等在此处忽略），这三种形式又被称为水的三种相，水的相变受温度和压力的影响，通常体现在下面这张相变曲线图上。
水的相变与温度压力关系
事实上，当水处于合适的温度时时，它并不能马上发生相变，水的凝结还需要另一个重要因素，那就是它需要一个凝结核。这被称为“成核效应”，无论是气态水凝聚为液体还是液态水结冰，单有水分子不行，它还需要有杂质参加进来，否则完成相变的温度会发生大幅度改变。
自然界中的水大多含有丰富的杂质，其中包括一些微小的固体颗粒物和我们看不见的矿物盐，这些杂质由于与水分子带有不同的电荷，它们也更容易改变其周围水分子的运动状态。研究表明，如果这些杂质颗粒或分子带有更多的正电荷，它就更容易让其周围的水分子减少振动，因为杂质的分子更大，正电荷的杂质会吸引水分子中的氧原子，将其强行固定下来，从而带动周围其它水分子成核形成结晶。
