水不是在4度開始結冰。許多物體都是熱脹冷縮，水在4℃以上時也是由於熱脹冷縮，但是當水在4攝氏度時密度至大且4℃以下有反脹現象，也就是當河水開始降溫時，4℃的水在下面，而溫度更低的水反而在上面，而且溫度越低越靠水面，所以結冰總是從河面開始。
水是熱的不良導體，它傳熱主要靠對流，當河底下水達到4攝氏度時，對流基本停止，河面上的冷空氣就很難影響到河底。嚴寒的冬天，與冷空氣直接接觸的水總是水面散熱相當快，當水的溫度在4℃以上時，因為熱脹冷縮的關係，表面溫度相當低的水，總要不停下沉，底部溫度較高的水總要不斷上升，從而形成對流現象。
如此一來原來上面相當冷下面相當暖的水很快就會達到溫度均勻，假如繼續冷卻，等到表面上的水冷到4℃以下時，它就變成熱縮冷脹，表面上的水反而比表面上的冰來得更輕，也就不再產生對流現象。
因為沒有了對流，水的溫度很不容易均勻，在十分深的水裡，儘管表面上的水已冷到0℃，但是底部的水還可能繼續保持在4℃左右，所以總是表面的水先結冰。
