水合物C1＇在R-3c对称性下的结构，其中主要结构模型（H2O环）以不同的投影显示，显示出两种不同的无序模式，“环状”无序（在由六个氧原子构成的类似扶手椅的虚拟平面）和“无环”（平面外）无序
固态水分子由于氢键的存在倾向于形成三维框架结构。在自然或人造的极端条件下，水分子很可能与其他气体小分子发生缔合，从而产生各种各样的构型和结构。纯水在低于400万大气压以及77K—300K的温度压力区间，以存在至少3种非晶相及16种晶相而闻名，具有非常复杂的相图。这种结构的多样性也适用于不同的水合物。气体分子可以通过范德华力与水的笼型结构的相互作用，形成稳定的气体水合物，使得水本身也成为一种具有潜力的储气/气体分离的材料，例如在深海沉积物等中存在大量的天然气水合物。而氢水合物在行星的形成和演化中则起着至关重要的作用。
