當提及水在冷卻后體積反而增大的現象，關鍵在于氫鍵的作用。水分子中的氫鍵在溫度降低時，實際上會增多，促使分子間的距離在一定程度上擴大，盡管整體上水的密度在下降。當水結冰時，水分子不再像液態時那樣自由移動，而是形成規則的結晶結構，每個水分子被氫鍵固定在特定的位置，形成一個正四面體，氧原子位于中心，氫原子位于頂點。這樣的結構導致分子間的空隙顯著增大，即使在凍結狀態下，體積也相應增加。

在液態時，水分子的熱運動允許它們相互滑動并填充彼此之間的空隙，保持體積相對穩定。然而，當溫度下降，尤其是低于4℃時，分子的熱運動減弱，無法頻繁打破氫鍵，導致氫鍵的數目增多并固定了分子間的距離。當溫度降到0℃，分子幾乎完全靜止，氫鍵的作用使得它們在晶格中排列得更加有序，進一步增加了總體積。

相比之下，大多數物質遵循熱脹冷縮的原理，即溫度升高分子活動增強，體積增大，溫度降低則分子活動減小，體積減小。但水的獨特性在于，其低溫下的固態結構使得體積膨脹，這與一般的熱脹冷縮規律有所不同。