Quando estamos em casa e queremos tomar um refrigerante bem gelado temos duas possibilidades, a primeira é colocá-lo no freezer e esperar por algum tempo, a outra opção é retirar o gelo das forminhas que estão no congelador da geladeira e acrescentá-los aos copos com o refrigerante. Quando retirarmos o gelo da forma, acrescentamos água para formar novos cubos de gelo, mas se deixarmos a forma por pouco tempo no congelador veremos que só uma pequena camada de gelo se forma na superfície de cada cubo.
Podemos verificar que abaixo de cada camada dos cubos de gelo a água continua em seu estado normal, isto é, continua em estado líquido, porém, se deixarmos por um longo período veremos que toda a água se congelará. Podemos dizer que esse mesmo efeito acontece com quantidade maior de água, isto é, acontece em rios, lagos e mares. O congelamento da água acontece da superfície para o fundo.
Vamos supor que estamos em um dia frio cuja temperatura inicial está em torno de 10ºC, após algum tempo essa temperatura cai abaixo de zero. O fato de a temperatura do ar diminuir muito também acarretará na diminuição da temperatura da água. Então, à medida que a temperatura da superfície da água vai baixando, a densidade da água na superfície tende a aumentar fazendo com que a água mais fria desça para o fundo. Ao mesmo tempo em que a água mais fria desce, a água mais quente sobe pelo fato de sua densidade ser menor do que a densidade da água fria. A tendência, após algum tempo, é toda a água do lago ficar na mesma temperatura.
Quando a temperatura da água da superfície atinge 4ºC, sua densidade começa a diminuir e a água com temperatura menor do que 4ºC começa a flutuar, pelo fato de sua densidade ser menor do que as águas do fundo. A partir dessa temperatura, a água da superfície continua se esfriando.
Conforme ela vai esfriando, vai se formando uma camada fina de gelo na superfície do lago (rio ou mar), essa camada tende a aumentar, isto é, a ficar mais espessa, com o congelamento de novas camadas de água que estão abaixo dela. Como o gelo possui densidade menor do que a água, ele flutua, fazendo com que essa camada sirva de isolante térmico entre o ar que está com temperatura abaixo de 0ºC e a água que está com 4ºC.
Para que toda a água se congele é necessário que as baixas temperaturas se mantenham por longos períodos, isto é, por muitos meses.