冰的化学式是H2O。冰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“开阔”（低密度）的刚性结构。最邻近水分子的O—O 核间距为0.276nm，O—O—O键角约为109°，十分接近理想四面体的键角109°28′。

但仅是相邻而不直接结合的各水分子的O一O间距要大的多，最远的要达0.347nm。每个水分子都能结合另外4个水分子，形成四面体结构，所以水分子的配位数为4。

熔化结构变化

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，冰就会开始熔化，变为液态水。日本一个研究小组发现，冰开始熔化的时候，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，冰的内部就会熔化，浮现出称为“冰花”的类似雪结晶的形状。

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，最终整个结晶分解，变为液体形态。