De meest voorkomende kristalvorm van ijs is hexagonaal met ribben a = 452,12 pm en c = 736,66 pm. De ruimtegroep is P63/mmc. Er bestaan echter ten minste vijftien verschillende vaste fasen voor water, die in de wetenschap als ijs-I tot en met ijs-XV bekendstaan. Elk van deze soorten ijs is stabiel onder een andere combinatie van druk en temperatuur. De kristalstructuur van de verschillende soorten ijs is niet eenvoudig te bepalen, niet het minst omdat het erg moeilijk is om een enkel geïsoleerd kristal te analyseren.
Een unieke eigenschap van ijs is dat het bij de smelttemperatuur een ca. 10% lagere dichtheid heeft dan vloeibaar water. Door de beperkingen die de waterstofbruggen aan de watermoleculen opleggen (tetraëdrische omringing van de moleculen) in combinatie met het kristalrooster is het niet mogelijk een dichtere vaste stapeling te verkrijgen. In de thermodynamica heeft de lage dichtheid van ijs tot gevolg dat het onder hogere druk een lagere smelttemperatuur heeft; een vrij unieke eigenschap.
