Ο πάγος επιπλέει στο νερό, ένα φαινόμενο που συχνά θεωρούμε δεδομένο, αλλά είναι ζωτικής σημασίας για τη ζωή στον πλανήτη μας. Η εξήγηση βρίσκεται στην πυκνότητα των δύο καταστάσεων της ύλης. Η πυκνότητα ορίζεται ως η μάζα ενός σώματος ανά μονάδα όγκου (πυκνότητα = μάζα / όγκος). Γενικά, τα στερεά σώματα είναι πυκνότερα από τα υγρά στα οποία προέρχονται, γι' αυτό και τα περισσότερα στερεά βυθίζονται στο δικό τους υγρό.
Ωστόσο, το νερό αποτελεί μια σημαντική εξαίρεση σε αυτόν τον κανόνα. Όταν το νερό παγώνει και μετατρέπεται σε πάγο, οι υδρογονικοί δεσμοί μεταξύ των μορίων του νερού δημιουργούν μια πιο ανοιχτή, εξαγωνική κρυσταλλική δομή. Αυτή η δομή αναγκάζει τα μόρια του νερού να βρίσκονται σε μεγαλύτερη απόσταση μεταξύ τους στον πάγο απ' ό,τι βρίσκονται στο υγρό νερό (ιδιαίτερα στην περιοχή 0-4°C, όπου το νερό έχει τη μέγιστη πυκνότητά του).
Συνεπώς, για την ίδια ποσότητα μάζας (π.χ., ένα κιλό νερού και ένα κιλό πάγου), ο πάγος καταλαμβάνει μεγαλύτερο όγκο. Επειδή η πυκνότητα είναι μάζα δια όγκου, ένας μεγαλύτερος όγκος για την ίδια μάζα σημαίνει μικρότερη πυκνότητα. Συγκεκριμένα, η πυκνότητα του πάγου είναι περίπου 0,92 g/cm³, ενώ η πυκνότητα του υγρού νερού είναι περίπου 1,00 g/cm³. Επειδή ο πάγος είναι λιγότερο πυκνός από το υγρό νερό, επιπλέει στην επιφάνειά του. Αυτή η ιδιότητα είναι κρίσιμη, καθώς επιτρέπει στους υδάτινους οργανισμούς να επιβιώνουν κάτω από την παγωμένη επιφάνεια λιμνών και ποταμών, καθώς το νερό στον πυθμένα παραμένει σε υγρή μορφή και σε θερμοκρασία περίπου 4°C.
