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  許多液體在凝固時會結晶,形成晶體的固體。結晶的過程是一階的熱力學相變化,在液態固態共存的期間,系統的平衡溫度不變,等於凝固點。結晶主要包括二個現象:成核和晶體生長。成核是指分子開始聚集形成晶核,在奈米尺度以已定義的週期形式排列,其排列方式決定了晶體結構。晶體生長就是晶體持續的變大,最後到達晶核的臨界大小。

  過冷是指液體低於熔點而沒有凝固的現象。  因為勻相核化結晶的活化能,純液體的結晶一般會在略低於熔點時開始。晶核的形成也表示形成新相和液體之間的相介面,此過程會消耗能量,能量大小依其表面能而定,假如要形成的晶核太小,形成晶核產生的能量無法形成介面,就不會開始成核的現象。一直要到溫度夠低,可以產生穩定的晶核,才會開始凝固。若容器的表面有不規則,或是有固體或氣體的雜質,已經形成的固體結晶,或是存在成核劑或是振動,就可能會有非勻相核化結晶,其中一些相介面的破壞會釋出能量,使得過冷點接近或等於熔點。  水在一大氣壓下的熔點很接近0 °C,若在存在成核劑的情形下,其凝固點會很接近熔點,但若沒有成核劑時,水在0 °C以下就會出現過冷的現象,一直要到−40 °C才會形成固體。若是在2,000大氣壓的高壓下,水在−70 °C之前都是處於過冷的狀態。

  凝固過程中多半會放熱,也就是說當液體相變成固體時,會釋放壓力和能量,這部分有些違反直覺,因為除了過冷液體外,液體在凝固時溫體不會上升,但若無法持續的將能量由液體中移出,凝固過程就會停止。凝固釋放的能量為潛熱,一般稱為熔化熱,也等於等量固體在熔化時需要的能量。  低溫的氦是已知唯一凝固時不會放熱的物質。氦3在0.3K以下有負的熔化熱,氦4在0.8K以下有相當輕微的負熔化熱,這表示在特定的壓力下,需要提供熱量才能使氦凝固。

  像玻璃或甘油等物質會在沒有結晶的情形下凝固,這稱為無定形體,無定形體也包括一些沒有凝固點的聚合物,沒有在某一特定溫度下有突然的相變化,其粘彈性的特性是在一個溫度範圍內漸漸變化。這類物質有一性質稱為玻璃轉化溫度,大約可以定義為物質的密度和溫度圖出現明顯斜率變化的「膝點」。因為玻璃轉化是一個非平衡的過程,在晶相和液相之間未達到平衡狀態,一般不視為凝固。

  許多生物可以長期忍受攝氏零度以下低溫。大部分生物會累積如抗凍蛋白、多元醇,葡萄糖等抗凍劑以避免體內的水結凍。大部分植物其至可以生存在−4 °C至−12 °C的低溫。  像假單胞桿菌等細菌會產生特殊的蛋白質作為成核劑來,使得水果和植物表面在約−2 °C時結冰,結凍會使得表皮組織受傷,使細菌可以得到中下層植物組織中的養份。

  在冰凍上千年的冰塊中分別有發現存活的更新世肉食桿菌、格陵蘭金黃桿菌及Herminiimonas glaciei。

  植物有一個稱為健化的過程,可以使植物在零度以下存活數週到數個月。

  捻轉血矛線蟲可以在液態氮中存活44周。其他可以在0 °C以下存活的線蟲包括Trichostrongylus colubriformis及Panagrolaimus davidi。許多爬蟲類及兩棲類動物可以忍受0 °C以下的低溫。  人類的配子以及2,4,8個細胞的胚胎可以在冰凍條件下生存到十年,此程式稱為深低溫儲存。  人體冷凍技術是一種試驗中的醫學技術,把人體在極低溫的情況下冷藏儲存,並希望在未來通過先進的醫療科技使他們解凍後復活及治療。

  冷凍也是一種常見的食物儲存法,可以減緩食物腐壞的速度以及微生物生長的速度。除了低溫時化學反應速率變慢外,冷凍時也可以減少細菌生長所需要的液態水。
凝固是指在溫度降低時,物質由液態變為固態的過程,物質凝固時的溫度稱為凝固點。目前已知的液體幾乎都可以在低溫時凝固成為固體,氦是唯一的例外,常壓下在絕對零度時仍為液體(液態氦),需加壓才能凝固為固體。