При анализе структуры любого химического соединения принято использовать традиционную классификацию межатомных взаимодействий, различая сильные связи ( ковалентные, ионные, металлические) и слабые (водородные, межмолекулярные или ван–дер-ваальсовы). 

Рис. 2. Схема межмолекулярной водородной связи в воде (льде).    

Рис. 3. Тетраэдрический каркас воды в твердом состоянии.

Согласно представленной схеме расстояние между соседними атомами кислорода в системе О — Н - - - О составляет 0,276 нм, длина ковалентной связи О — Н равна ~ 0,1 нм, а длина связи Н - - - О на 70% длиннее ковалентной связи между этими атомам – 0,176 нм. Водородная связь Н - - - О оказывается значительно короче суммы ван–дер–ваальсовых радиусов, составляющих для водорода и кислорода соответственно 0,12 и 0,14 нм. Именно последнее обстоятельство является одним из базовых критериев, указывающих на образование между молекулами водородной связи.

В твердом состоянии за счет водородных связей возникает трехмерная полимерная сеть, построенная из тетраэдраэдрических фрагментов, вариант которого изображен в виде тетраэдрического каркаса.

Тетраэдрический каркас воды в твердом состоянии имеет пустоты, которые при плавлении заполняются молекулами воды, причем фрагменты структуры льда сохраняются при невысоких температурах и в жидкой воде.

В последние годы динамику движения молекул воды исследовали разными физическими методами, поэтому в настоящее время динамические свойства воды установлены достаточно точно. 

 
Рис. 4. Схематическая шкала различных движений молекул воды.

Самыми быстрыми движениями являются движения электронов, совершающих энергетические переходы за время, равное периоду обращения электрона на первой боровской орбите – 1,5•10^-16 с. Следующие по характерному времени движения – это колебания и вращения с временами 10^-13 - 10^-14 с. Исследования показывают, что наличие ближнего порядка приводит к тому, что молекулы воды даже в жидком состоянии не могут двигаться свободно, а осциллируют около положений равновесия в узлах квазикристаллической решетки с периодом около 10^-13 с и только иногда совершают скачки к новому положению в другом узле. Молекула воды находится в узле квазикристаллической решетки в среднем 3•10^-12 с и успевает совершить несколько десятков осцилляций, причем столько же времени сохраняется и водородная связь.