冰是由水分子有序排列形成的結晶，水分子間靠氫鍵連線在一起形成非常“疏鬆”(低密度)的剛性結構。冰是無色透明的固體，分子之間主要靠氫鍵作用，晶格結構一般為六方體，但因應不同壓力可以有其他晶格結構。
冰密度比水小。在常壓環境下，冰的熔點為0℃。0℃水凍結成冰時，體積會增大約1/9（水體積最小時為4℃）。據觀測，封閉條件下水凍結時，體積增加所產生的壓強可達2500大氣壓。
冰是水在自然界中的固體形態，在常壓環境下，溫度高於零攝氏度時，冰就會開始融化，變為液態水。日本一個研究小組發現，冰開始融化的時候，是以結晶內的一個水分子開始脫離結晶為契機，相關機制有助於弄清含水的蛋白質出現結構變化的機制。
如果用電燈等的強光照射，冰的內部就會融化，浮現出稱為“冰花”的類似雪結晶的形狀。來自日本分子科學研究所和岡山大學的研究人員為了調查冰從內部開始融化的現象，利用計算機演算了由約1000個水分子形成的冰被加熱時將發生什麼變化。
冰的結晶是水分子呈六角形規則排列的結構。加熱之後，首先是一個水分子從結晶脫離，開始自由運動，而這個水分子並不會回到原來的位置，從而導致結晶出現歪曲。而結晶一旦出現歪曲，就會逐漸擴大，最終整個結晶分崩離析，變為液體形態。
