Потому что молекулы сахара (сахароза, $C_{12}{H}_{22}{O}_{11}$) имеют много гидроксильных групп (−OH), которые образуют водородные связи с полярными молекулами воды. Вода полярна ($H({\delta }^{+})-O({\delta }^{-})$), поэтому «подобное растворяет подобное»: сильные взаимодействия растворитель–растворённое (водородные связи между водой и −OH у сахарозы) компенсируют разрыв взаимодействий в кристалле сахара и между молекулами воды.
Термодинамически растворение идёт, если изменение свободной энергии Гиббса отрицательно:
$$\Delta G=\Delta H-T\Delta S<0,$$ где $\Delta H$ — теплота процесса (может быть слегка эндо‑ или экзотермическим), а $\Delta S$ — прирост энтропии (распространение молекул в растворе увеличивает беспорядок). Для сахара увеличение энтропии и образование благоприятных водородных связей обычно делают $\Delta G$ отрицательной, поэтому сахар растворяется.
При достижении насыщения устанавливается равновесие
$$\text{sахар (твёрдое)}\rightleftharpoons \text{сахар (в растворе)},$$ и дальнейшее растворение прекращается. Скорость растворения зависит от температуры, перемешивания и размера кристаллов.