Упругость пара переохлажденной связанной воды в отличие от свободной воды близка к упругости пара льда и, находясь с ним практически в равновесии, обеспечивает жидкое состояние воды. Однако при очень сильном и длительном переохлаждении даже прочно связанная вода может превратиться в лед или затвердеть в аморфном виде.
Механизм ориентирования и связывания молекул воды пока изучен недостаточно полно. Обычно считают, что связанная вода, например в капилляре, формируется на границе раздела структур и состоит из электрически ориентированных дипольных молекул. При этом вследствие переходов электронов и ионов между контактирующими поверхностями возникает двойной электрический слой, имеющий значение как при переохлаждении, так и при кристаллизации воды.
Молекулярная структура ориентированной воды имеет измененные водородные связи и напоминает структуру льда, но не адекватна ей.
Физические параметры связанной воды, в частности плотность, вязкость, теплоемкость и теплопроводность, температура и теплота фазовых превращений, значительно отличаются от значений их для свободной воды.