يتجمد الماء عند نقطة معينة تسمّى نقطة تجمد الماء، حيث يتحوّل الماء عندها من الحالة السائلة إلى الحالة الصلبة، ويعاكسه نقطة الانصهار التي تشير إلى تلك الحرارة التي يتحول فيها الماء من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة، وتعد درجة حرارة صفر مئوية (32 فهرنهايت) هي نقطة تجمّد الماء، وعادةً ما يحدث كلٌ من التجمد والانصهار عند درجة حرارة واحدة، ولكن في بعض الحالات قد يبقى الماء في حالته السائلة حتى وإن كانت درجة الحرارة ما بين 40-42 فهرنهايت تحت الصفر، وذلك عند حدوث التبريد الفائق (بالإنجليزية: supercooling) الذي يؤخر الوصول إلى درجة التجمد، أو عندما يحتوي الماء على بعض الشّوائب.[1]
يتقلص حجم معظم المواد ويقل حجمها عندما تنخفض درجة حرارتها وتصبح باردة، ولكن الماء يبدأ حجمه بالتقلص عند درجة حرارة 39 فهرنهايت، أي ما يعادل 4 سليسيوس، ويبدأ بالتمدد كلما نقصت درجة حرارته عن ذلك، ويعود تفسير ذلك إلى أن الفراغات تبدأ بالظهور بين جزيئاته حالما تتجمد لتعيد تنظيم الترتيب فيما بينها على هيئة رابطة سداسية مشكلةً بذلك بلورات الثلج.[2]
يتواجد الماء في الطبيعة في ثلاث حالات مختلفة؛ وهي على النحو الآتي:[3]