Le interpretazioni del comportamento dell’acqua allo stato liquido vengono generalmente formulate in termini di interazioni a corto raggio, come ad esempio i legami idrogeno e le forze di van der Waals, che in qualche modo connettono le molecole d’acqua in una specie di "network". La molecola d’acqua non è lineare, ma l’ossigeno forma con i due idrogeni un angolo di 104.5°. Poiché i legami tra idrogeno e ossigeno sono covalenti polari, con l’idrogeno positivo rispetto all’ossigeno, la molecola ha un momento dipolare risultante. L’attrazione tra la regione negativa correlata all’atomo di ossigeno e la regione positiva correlata all’atomo di idrogeno di un’altra molecola porta all’associazione di varie molecole d’acqua, così che si forma un reticolo irregolare di forme tetraedriche interallacciate.
Ogni molecola d’acqua è capace di formare quattro legami idrogeno con le molecole vicine, in ciascuno dei quali un protone (H+) è diretto verso la zona elettronegativa dell’atomo di ossigeno. Una molecola si comporta come donatore di protoni verso altre due, mentre diventa accettore di protoni da altre due: i protoni sono quindi condivisi tra due atomi di ossigeno e di conseguenza sono in continuo "movimento", in continua oscillazione tra i due atomi. Questo tipo di interazioni sono descritte come degli "uncini" che uniscono le molecole d’acqua vicine e le vincolano, quando la temperatura è inferiore a cento gradi, in uno stato fisico più condensato (liquido) rispetto al vapore in cui non esistono legami ma solo scontri casuali tra molecole.
Il liquido deve essere definito come un insieme omogeneo ma irregolare di molecole. La struttura del liquido non è cristallina come avviene per un solido e si esclude anche la possibilità che nel liquido possano esistere regioni cristalline, tuttavia alcuni propongono una struttura "quasi-cristallina". Infatti affermare che la disposizione delle molecole sia irregolare non significa che le molecole d’acqua siano in un totale disordine; il disordine è ristretto dalla particolare geometria delle molecole, che tendono a formare legami in forma di tetraedri, o aggregati più grandi e, probabilmente, da altri fenomeni che qui saranno considerati (superradianza).
Nel modello sopra presentato (tetraedri interallacciati in moto caotico) si deve fare l’assunzione che l’energia totale di N molecole dipenda dalla somma delle energie di interazione tra ciascuna singola coppia di molecole. Si trascura, quindi, un eventuale influsso da parte di molecole vicine sull’energia di interazione, cioè di ciascun legame idrogeno. Date due molecole che interagiscono in un liquido, si deve assumere che l’energia di legame non sia alterata da altre molecole vicine. Tale assunzione non sembra che si possa applicare all’acqua, sulla base di considerazioni sia teoriche che sperimentali. L’esistenza di influenze di altre molecole vicine sul legame di due molecole non è certo priva di conseguenze: si vengono a realizzare interazioni multiple a cascata che possono cambiare notevolmente il comportamento casuale, introducendo fenomeni di cooperatività e di coerenza.
