在晶体结构中，水的晶体是常见的。
先看水分子形成冰的过程。温度高时，水分子动能大而无法彼此牢固产生氢键，分子间以尽可能小的距离进行杂乱无章的排列。
温度降低后（低于4度），越来越多的分子动能不足以打破产生的氢键，而氢键有一定键长，所以4度以后固定的氢键越来越多. 当0度时所有的水分子都被固定在一定区域内，氢键使水分子彼此保持一段距离。
在水结成冰时，水分子的运动不能破坏氢键，氢键起主要作用，它把水分子结起来形成有规则的空间结构，在一个晶格中，四个氢原子在正四面体的顶点上，一个氧原子位于四面体的中心。这样，使分子间的空隙变大且保持一定，因此水结成冰时体积变大。而在液态中，水分子运动既能破坏水分子之间的氢键束缚，而又不使分子作剧烈运动导致分子间频繁碰撞，各分子间可发生相对滑动而相互交错，这样就会互相填补空隙因而体积变小。
是以O核为顶的等腰三角形。在水蒸气分子中测定：O-H距离为0.9568埃，H-H距离为1.54埃，H-O-H的键角为105°3′（or104.5°）。
