علت انبساط غير عادي آب مربوط به وضع مولكولهاي آب در حالت جامد و مايع آن است براي توضيح اين پديده لازم است كه ساختمان مولكولي آب و نيز اتمهاي سازنده آن بررسي شود.
هر مولكول آب از يك اتم اكسيژن و دو اتم هيدروژن ( H2O) تركيب شده است هر اتم اكسيژن داراي8 الكترون است. از اين تعداد 2 الكترون بر سطح انرژي k=1 و6 الكترون برسطح انرژي L=2 با آرايش زير قرار دارند:
1S2 2S2 2PX2 2Py1 2Pz1
هر اتم هيدروژن داراي يك الكترون )
1S
1) و زماني كه يك اتم اكسيژن با دو اتم هيدروژن پيوند مي يابد