Ο πάγος επιπλέει γιατί είναι 9% περίπου, λιγότερο πυκνός από το νερό σε υγρή μορφή. Αυτό σημαίνει ότι καταλαμβάνει 9% περίπου περισσότερο χώρο από ότι το νερό. Ο λόγος για τον οποίο μία ουσία επιπλέει σε ένα υγρό ή ένα μείγμα υγρών, είναι είτε γιατί έχει μικρότερη μάζα είτε γιατί έχει μικρότερη πυκνότητα από το υγρό μέσα στο οποίο βρίσκεται και αυτό ορίζεται από την αρχή του Αρχιμήδη: "Κάθε σώμα βυθισμένο σε ρευστό δέχεται άνωση ίση με το βάρος του ρευστού που εκτοπίζει".
Σύμφωνα με αυτό το νόμο όταν ένα σώμα τοποθετείται στο νερό ασκούνται πάνω του δύο δυνάμεις, η μία από το βάρος του που το ωθεί προς τα κάτω και η άλλη από την άνωση του νερού που το ωθεί προς τα πάνω. Όταν το βάρος του σώματος είναι μεγαλύτερο από την άνωση του νερού τότε αυτό βυθίζεται ενώ όταν το βάρος του είναι ίσο ή μικρότερο από την άνωση του νερού αυτό επιπλέει.
Ο πάγος δεν ακολουθεί τους βασικούς κανόνες της θερμοδυναμικής. Στα περισσότερα υγρά όσο αυξάνεται η θερμοκρασία τους μειώνεται η πυκνότητα τους ενώ όσο μειώνεται η θερμοκρασία τους αυξάνεται η πυκνότητα τους. Στην περίπτωση του πάγου ισχύει ακριβώς το αντίθετο. Κάτω από τους 4 βαθμούς Κελσίου ο όγκος του νερού αντί να μειώνεται, αυξάνεται κι έτσι καθώς μειώνεται η θερμοκρασία στους 0 βαθμούς Κελσίου και το νερό γίνεται πάγος, αποκτά μικρότερη πυκνότητα.
Η μοναδική αυτή ιδιότητα του νερού οφείλεται στην μοριακή δομή του. Κάθε μόριο νερού αποτελείται από ένα άτομο οξυγόνου το οποίο είναι συνδεδεμένο με δύο άτομα υδρογόνου. Αυτή η ισχυρή χημική σύνδεση μεταξύ τους ονομάζεται ομοιοπολικός δεσμός.
Τα μόρια του νερού συνδέονται μεταξύ τους με έναν ασθενέστερο χημικά δεσμό ο οποίος ονομάζεται δεσμός υδρογόνου και αναφέρεται στην σύνδεση μεταξύ των θετικά φορτισμένων ατόμων του υδρογόνου με ένα αρνητικά φορτισμένο άτομο οξυγόνου σε ένα γειτονικό μόριο νερού.
Αν δεν επέπλεε ο πάγος στο νερό αλλά αντίθετα βυθιζόταν, αυτό θα είχε καταστροφικές συνέπειες για οποιαδήποτε μορφή ζωής στα ποτάμια και στις λίμνες καθώς δεν θα επιζούσαν. Απεναντίας το γεγονός ότι ο πάγος επιπλέει, επιτρέπει στους οργανισμούς να επιβιώνουν κάτω από αυτόν.
