水分子的結構，具有明顯的偶極矩，致使液相在較高溫度下才能產(chan) 生，並確保獲得環繞離子的一種分子包裹結構。然而，在水中也存在沒有離子的群集，包括由大約10個(ge) 水分子組，成一個(ge) 被O-H-O基團包圍的四麵體(ti) 。這種群集並非總是由相同分子構成的穩定單元體(ti) ，而是不斷地與(yu) 周圍分子進行交換。平均壽命為(wei) 10¹⁰~10^-1S。群集的數目隨溫度降低而不斷減少，直到發生冷凍。

在很好地去除了所有外來粒子的水中，當水過冷到-39℃，分子群集開始結晶，即均相成核。不溶於(yu) 水的異物在冰的結晶過程中充當晶核的作用，即異相成核。通常每立方厘米水中大約有10⁶個(ge) 粒子 ，這些粒子都可作為(wei) 結晶的晶核。如果它們(men) 的結構與(yu) 水類似，則成核效率會(hui) 更高。晶核一旦形成，其外部增長將比內(nei) 部快，形成（取決(jue) 於(yu) 過冷和冷卻速率）冰星結構。在進一步冷凍過程中，將生成60°的分支，即常見的霜花。對於(yu) 一個(ge) 1*10^-9mm³的晶體(ti) 。需要匯集2.7*10¹⁰個(ge) 分子。很難直觀展現這樣一個(ge) 晶體(ti) 是如何在遠不到1S的時間內(nei) 形成的，但很明顯，這種晶體(ti) 生長受很多因素影響。

在壓力下，水可以進一步過冷，推遲晶核的形成。晶體(ti) 的生長取決(jue) 於(yu) 分子向晶核表麵的擴散，（冷卻速率V_f小於(yu) 10²℃/S，過冷T_se小於(yu) 10℃）可使用下麵的式子：

成核速率V_K=常數XTⁿ_se

式中，如果能量傳(chuan) 遞起決(jue) 定性作用，則n=1；如果表麵反應起決(jue) 定性作用，則n=1.7。如果T_se＞10℃，則必須考慮擴散過程。因為(wei) V_K還取決(jue) 於(yu) 濃度，所以V_K得計算並不穩定。

總之，如果想生成大晶體(ti) ：

成核速率應當小，因此過冷速率也應小；

冷凍應發生在溶液和晶體(ti) 之間的準平衡狀態；

溫度應盡可能高，因為(wei) 晶體(ti) 生長是e^-1/T的函數；

結晶時間應增加，因為(wei) V_K晶體(ti) 的尺寸成反比。

如果想生成很少量晶體(ti) 或不生成晶體(ti) ：

應在高壓力下冷凍；

冷凍速率應盡可能高，以產(chan) 生較大的過冷度。