Voda se rozšiřuje při zmrazování z důvodu vodíkových vazeb mezi molekulami vody. Při ochlazení se molekuly vody uspořádají do krystalické struktury, která má větší objem než voda v kapalném stavu. Tento jev způsobuje, že led plave na vodě, protože je méně hustý než kapalná voda.
Když voda zamrzne, molekuly se uspořádají do krystalických struktur. Tento proces je doprovázen nárůstem objemu, což má za následek expanzi ledu. Jak se molekuly vody s každou další vrstvou krystalické struktury posouvají dál od sebe, zvyšuje se míra expanze. Tento nárůst objemu je známý jako princip expanzí. Čím vyšší je teplota vody, tím více se krystalická struktura může tvořit a tím větší je expanze.