冻融现象主要发生在靠近北方等天气比较寒冷的地方。当石材毛细孔吸收足够的水份后，一旦气温降到0℃以下，石材中的水份开始结冰，体积发生膨胀。当冰块的膨胀力大于石材的结构力时，石材就会产生碎裂。这就是冻融现象。
一般来讲，物质都是遵守'热胀冷缩'规律的，而水恰恰相反。水的密度在4℃时最大，水分子呈流动性独立运行。水由4℃到0℃，温度降低，冰中的水分子呈三维图样排列成一种异常松的形式，这种结构形式实际上留下了许多'空洞'，密度反而减少。实验表明，当1M3的水结成冰后，其体积会增加至1.11M3。因此当水进入石材毛孔或缝隙后遇冷结冰，体积增大，从而胀大石材的毛孔或缝隙，然后，石材吸入更多的水，毛孔或缝隙被进一步胀大，如此恶性循还，终导致了石材的碎裂。