冰是由水分子有序排列形成的结晶，水分子间靠氢键连接在一起形成非常“疏松”(低密度)的刚性结构。冰是无色透明的固体，分子之间主要靠氢键作用，晶格结构一般为六方体，但因应不同压力可以有其他晶格结构。
冰密度比水小。在常压环境下，冰的熔点为0℃。0℃水冻结成冰时，体积会增大约1/9（水体积最小时为4℃）。据观测，封闭条件下水冻结时，体积增加所产生的压强可达2500大气压。
冰是水在自然界中的固体形态，在常压环境下，温度高于零摄氏度时，冰就会开始融化，变为液态水。日本一个研究小组发现，冰开始融化的时候，是以结晶内的一个水分子开始脱离结晶为契机，相关机制有助于弄清含水的蛋白质出现结构变化的机制。
如果用电灯等的强光照射，冰的内部就会融化，浮现出称为“冰花”的类似雪结晶的形状。来自日本分子科学研究所和冈山大学的研究人员为了调查冰从内部开始融化的现象，利用计算机演算了由约1000个水分子形成的冰被加热时将发生什么变化。
冰的结晶是水分子呈六角形规则排列的结构。加热之后，首先是一个水分子从结晶脱离，开始自由运动，而这个水分子并不会回到原来的位置，从而导致结晶出现歪曲。而结晶一旦出现歪曲，就会逐渐扩大，最终整个结晶分崩离析，变为液体形态。
