Это свойство воды обусловлено особым строением и расположением молекул в замерзающем состоянии. При охлаждении жидкой воды молекулы начинают образовывать упорядоченные структуры, образуя кристаллическую решетку льда. В этой решетке молекулы воды занимают определенные позиции, при этом у них образуются водородные связи, которые держат их на определенном расстоянии друг от друга. Это позволяет льду иметь более разреженную структуру и, следовательно, меньшую плотность, чем в жидком состоянии.