Su, diğer maddelerden farklı olarak, donma sırasında genleşir. Bu olayın arkasındaki ana neden, suyun moleküler yapısındaki özel bir özelliktir. Su, sıvı haldeyken molekülleri arasında hidrojen bağları oluşturur. Bu hidrojen bağları, suyun sıvı haldeyken daha yoğun olmasını sağlar. Ancak su donmaya başladığında, moleküller arası uzaklık artar ve hidrojen bağları kristal bir yapı oluşturarak daha düzenli bir şekilde düzenlenir.
Diğer maddelerde olduğu gibi, su da soğuduğunda moleküllerin hareketi yavaşlar ve moleküller arası çekim kuvveti artar. Ancak, suyun özel yapısı, donma noktasına (0°C veya 32°F) ulaştığında, moleküllerin düzenli bir kristal yapı oluşturması nedeniyle, daha fazla yer kaplamak için genleşir. Bu genleşme, suyun katı halde (buz) daha düşük bir yoğunluğa sahip olmasına neden olur.
Bu özellik, suyun donma sırasında cisimlerin içinde bulunduğu kaplarda genleşmesine ve neden buzun sert, ama aynı zamanda da yüzeyleri sıvı su ile kaplanmış kaplarda yüzebilecek kadar hafif olmasına yol açar. Bu, suyun yaşam için önemli bir özelliğidir, çünkü donan su yüzeyde kalır ve alttaki suyun donmasını engeller, böylece su altında yaşamı destekler.