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  冰是一種天然存在,且由水分子組成的“結晶無機固體”。因此,它是以水分子“一個氧原子共價結合兩個氫原子”,或表示為 H–O–H的規律結晶所構成。然而,許多水和冰的物理性質,是由氧原子和相鄰氫原子之間所形成的氫鍵來控制。雖然氫鍵屬於弱鍵,但它仍然對水和冰的結構有至關重要的影響。  冰在大氣壓力下,擁有一個非常不尋常的特性:冰固體的密度比液體水小了大約8.3%。冰在0°C,一大氣壓時的密度為 "0.9167公克/立方公分",而水在相同條件下的密度約為" 0.9998公克/立方公分"。在普通的大氣壓力下,水在4°C時,密度是最大的(約1.00公克/立方公分),並且隨著水分子漸漸結晶,總體密度逐漸變小。這是由於氫鍵的影響超過了分子間的凡得瓦力,導致水分子在固體時填充地較不致密。冰的密度在溫度下降時會略微增加,並且在溫度達到 -180°C(93 K)時,密度變為0.9340公克/立方公分。  當水結冰的時候,它的體積會增加約9%。水在結冰時膨脹的效果是極為巨大的,結冰膨脹是風化現象中凍融風化的基礎原因,也會造成建築物地基的損壞和道路凹凸抬起。水管因結冰的壓力而爆裂,也是房屋漏水的常見原因。  這個現象所導致的結果是,冰(在其最常見的形式)會浮在液體的水中,這也是地表生物圈的重要特徵之一。許多科學家相信,假如冰沒有這種特性的話,大部分的天然水體將會暫時、甚至在某些情況下永久從上到下完全凍結,導致淡水和海水動植物的大量死亡。結冰時厚度恰到好處的薄冰層,在允許光線通過的條件下,同時防止了外界環境導致短期的極端溫度變化,如寒風吹過的情況。這為細菌和藻類菌落製造了一個有充分遮擋的環境。當海水結冰時,冰層中充斥著被鹽水填滿的複雜小通道,而維持細菌、藻類、橈足類和環節動物等生物的生存; 這反過來又為其他動物:如磷蝦和特化的魚(如博氏南冰<unk>)提供食物; 並因此餵養了較大的動物,如皇帝企鵝和鬚鯨等。  當冰融化時,它會吸收約等於同等質量的水加熱至80°C的熱量。在熔化過程中,溫度會恆定地保持在0°C。而熔化時,外界加入的能量會被用來打破冰(水)分子之間的氫鍵。只有在足夠的氫鍵被破壞,冰的狀態已經變成可以被當作是液態水時,加入的能量才會使熱能(溫度)增加。在從冰變成水的過程中,斷裂氫鍵所消耗的能量被稱為熔解熱。  就和水一樣,冰在吸收可見光時,會因為氫氧鍵(O-H)的關係,主要吸收光譜上偏紅色的部分。與水相比,這種吸收略為向光譜能量較低的部分偏移。因此,冰看起來帶點藍色; 而且和液態水相比,帶有略為綠一點的顏色。因為吸收效應是累積的,顏色效應會隨著厚度的增加而加劇(或者如果因為內部反射,導致光需要在冰中通過較長的路徑的話)。 在光線照射下,冰也可能因為有雜質吸收光,而呈現其它的顏色。在這種情況下,產生的顏色主要由內含的雜質決定,而不是冰本身。例如,含有雜質的冰山(如:沉澱物、藻類、氣泡...)可能會出現棕色、灰色、或綠色。

  最初,科學家認為冰會滑的原因是:當物體與冰接觸時,介面施加的壓力導致最表面的一層薄冰融化,並使得物體容易在冰水的交界滑動。例如,當溜冰鞋的刀片在冰面上施加壓力時,會將接觸部分的冰溶化,並在冰和刀片之間提供潤滑。這種解釋,也就是所謂的“壓力熔化論”,最初起源於19世紀。然而,它並沒有考慮當溜冰時冰的溫度低於-4.0°C的情況,而這在溜冰時往往很普遍。  另一個同樣古老的解釋是:表層的冰分子,和冰內部的其他部分結合得並不是很穩固(因此便如同液態水分子般的自由移動)。這些分子處於類似半液體的狀態,在不管多大或多小的壓力下,皆可以為物體提供潤滑。然而,這種假設的正確性,在使用掃描探針顯微鏡發現冰的摩擦係數應該很高後,受到了質疑。  在20世紀,科學家提出了另一個解釋 :摩擦生熱,即摩擦時所產生的熱量是冰層融化的主要原因。然而,這個理論不能充分解釋為什麼即使在零度以下的氣溫,站立在冰上時仍然容易滑倒。  最近幾年,針對冰的實際摩擦狀況,出現了一個考慮所有上述摩擦機制的綜合理論。這個模型對冰的摩擦情形進行資料分析,並且針對各種材料,以溫度的變化和滑動速度來做量化計算。在仔細計算常見的情況(如冬季運動和冰上的車輪)後發現,“摩擦加熱”所產生的冰層表面熔融,是造成冰容易滑動的主要原因。

  冰是全球氣候的關鍵組成部分之一,尤其在水迴圈的部分起著重要的作用。冰川和積雪是淡水的重要儲存機制; 隨著時間的推移,它們可以昇華或融化,並重新變成淡水加入迴圈。融雪也是季節性清水的重要來源。世界氣象組織由產地、規格、形狀、影響...等定義了許多種不同名稱的冰。其中,天然氣水合物,是指其晶格內含有天然氣分子的冰形態。

  海洋中的冰,可能以漂浮在水中的浮冰形式,或著是以固定在海岸線或海底的固著形式出現。從冰架或冰川剝落下來的大量冰塊,可能形成巨大的冰山。有時海冰會因海流和風所產生的壓力,而互相碰撞擠壓,而且形成在某些情況下甚至可以高達12米(超過四層樓)的高聳山脊。船隻在通過充滿海冰的區域時,一般都會選擇穿過不同冰體之間海面的較空曠處,或著必須使用一種特殊的船舶 - 破冰船。

  陸地上的冰體大小相差極端,覆蓋範圍從最大型的冰蓋、到更小的冰帽和冰原、至冰川和流動的碎冰、山上的雪線、平地的雪地...不等。  積冰是一種具有層狀結構的冰,一般都形成於極地地區、或副極地地區的山谷之中。當河床結冰後,正常的地下水流動被阻礙,並導致當地的地下水位上升,使得水流從冰層的頂部流出。流出的水自然的被凍結,造成水位進一步上升,並重復該迴圈。最後產生一個分層的冰沉積物,通常厚達數米。  凍雨,是一種在冬天落下,一碰到物體便結冰的雨。凍雨落到物體上結凍之後,累積之下有時會產生冰錐。這種方式所產生的冰錐,外觀看起來非常類似鐘乳石; 或著當水滴落、並重新凍結後,變成石筍狀的形式。

  在流動的水域中形成的冰,和形成於平靜的水域中的冰相比,往往較不穩定和不均勻。當原本流動的碎冰堆成塊後,便成為冰壩,是冰對河流威脅最大的形態。冰壩有時會引起洪水氾濫,破壞河中或河附近的建築結構,並使河上的船隻損壞。冰壩甚至可能會導致一些水電工業設施完全關閉。冰川活動所產生的冰壩也是堰塞湖的成因之一。河流中漂浮的巨型碎冰,不但會損壞船隻,還會讓破冰船難以航行。  冰圈是在河中形成的圓形冰結構。  煎餅冰(鬆餅冰),是一種一般於較不平靜的水中形成的冰。

  在平靜的水中,冰會先由岸邊開始生成,併產生薄薄的一層冰層在水域表面擴散,然後漸漸向下結凍。湖泊冰一般有四種型別:初形(Primary)、中形(secondary)、疊加形(superimposed)和結塊形(agglomerate)初形的冰最先出現。冰的中形接下來則以平行於熱量流動的方向,於初形冰的底下形成。而當雨或水流從冰的裂縫滲入時,便可能形成疊加形的冰。  當浮冰在風吹之下堆疊在湖岸時,便成為湖架冰。  蠟燭冰,是和湖面垂直髮展的柱狀冰,屬於蜂窩狀冰的一種形式。

  霧凇  當小水滴在冰冷的物體上結凍時,便形成霧凇。在晚上溫度降低且產生霧氣時,便可能觀察到這個現象。軟凇的成分中,很高的比例都是被困在結晶裡的空氣,所以它看起來較為白色不透明,並且密度只有純冰的四分之一。硬凇則相較之下密度較大。  冰珠 冰珠是固態降水的一種,由雪花落下時融化再凝固所形成,外形為半透明冰球,比雹還小。  冰雹  雪花 鑽石塵

  熱冰:除了前面提到高壓下形成的熱冰之外,重水(DO)在3.8°C時結冰,成為另一種形式的“熱冰”。  一般被稱為乾冰的物質實際是二氧化碳的固體狀態,與水沒有關係。
冰,也就是凍結成固態的水。或者是由甲烷和二氧化碳形成,取決於冰內含的雜質(如土壤或氣泡顆粒),冰可以是透明的、或著帶有一點不透明的藍白色。