L’eau, H₂O, existe sous trois états sur notre Planète Terre : la forme gazeuse, la forme liquide, et la forme solide. Par définition, on dit que le point de fusion de l’eau est la température à laquelle les molécules d’eau passent de l’état liquide à l’état solide, lorsque ce passage a lieu à une pression de 1 atmosphère. Et par définition toujours, on dit que le point d’ébullition de l’eau est la température à laquelle les molécules d’eau passent de l’état liquide à l’état gazeux, toujours lorsque ce passage a lieu à une pression de 1 atmosphère.

Le point de fusion de l’eau est de 0 °C ; le point d’ébullition de l’eau est de 100 °C.

Comment l’eau peut-elle passer de l’état liquide à l’état solide ? Lorsqu’on refroidit des molécules d’eau, leurs mouvements ralentissent et les molécules peuvent plus facilement s’organiser les unes par rapport aux autres.

Cette organisation entre molécules d’eau fait qu’elles adoptent une géométrie particulière dans l’espace : L’atome d’oxygène d’une molécule d’eau donnée (appelons-la « molécule centrale ») peut attirer deux atomes d’hydrogène provenant de deux molécules d’eau voisines (appelons-les « molécules périphériques »), et chacun des deux atomes d’hydrogène de la molécule d’eau centrale peut se faire attirer par l’atome d’oxygène de deux autres molécules d’eau périphériques.

En substance, une molécule « centrale » peut créer des attractions avec quatre molécules « périphériques », et ainsi de suite, chaque molécule d’eau pouvant être considérée comme une molécule « centrale » pouvant se lier à quatre autres molécules d’eau « périphériques ».

Ces attractions sont relativement faibles, mais lorsque les mouvements entre molécules ralentissent (c’est-à-dire lorsque la température de l’eau diminue et s’approche de 0 °C), alors les attractions deviennent suffisamment importantes pour que les molécules se retrouvent « figées » l’une par rapport à l’autre. C’est à ce moment que les molécules d’eau passent de l’état liquide à l’état solide.