Hva må til for at isen kan legge seg?

Tettheten øker når det blir kaldere på de aller fleste materialer og stoffer. Vann har den unike egenskapen at den er tyngst ved 4 °C (har størst tetthet), og deretter blir lettere igjen når temperaturen nærmer seg frysepunktet (0 °C). Om høsten avkjøles innsjøen. Så lenge overflatevannet har en temperatur over 4 °C vil nedkjølingen medføre at overflatevannet blir kaldere og tyngre, og synker nedover i dypet til den møter like tungt vann. På veien presser den lettere vann opp, og vannmassene blandes i det de passerer hverandre. Denne vertikale sirkulasjonen stopper ikke før vannet i alle dyp er nedkjølt til 4 °C. Desto dypere vannet er, desto mer tid trengs for å avkjøle alt vannet til 4 °C. Først da kan innsjøen nedkjøles slik at man får islegging. Ytterligere avkjøling av overflatevannet gjør det da lettere, og det blir liggende i ro å flyte på varmere og tyngre vann. Kommer det ikke vind kan det avkjøles helt til 0 °C hvor vannet fryser til is.

I figuren over er vannoverflaten øverst og det er økende dyp nedover. Horisontal akse er vanntemperatur med varmere vann mot høyre. Den venstre svarte streken er vanntemperaturen midtvinters på det kaldeste, mens den høyre representerer sommertemperaturene på det varmeste. Ellers i året ligger temperaturkurvene i det hvite området mellom ytterpunktene. Både om våren og høsten vil vannet gjennomblandes og kurven er loddrett ved 4 °C (Høstfullsirkulasjon og Vårfullsirkulasjon). Temperaturvariasjonen gjennom året (= bredden på det hvite området) avtar med dypet, og under et par hundre meter er det svært liten årstidsvariasjon.

Vinden er en urofaktor. Når det blåser dannes det bølger og de øverste vannlagene blandes slik at overflatetemperaturen igjen stiger. Det må derfor være så godt som vindstille for at isen skal legge seg, og tynn is kan brytes opp igjen av påfølgende vind. Store og vindutsatte sjøer trenger flere dager med stille kaldt vær for å islegges permanent da det veldig lett dannes bølger, mens små vindbeskyttede tjern kan islegges i første stille periode etter at vannet er tilstrekkelig nedkjølt.

I samme område kan derfor små og grunne vann islegge seg i oktober/november, mens store og dype innsjøer ikke islegges før godt over nyttår. På store og dype vann vil grunne viker som ligger skjermet for vind islegges tidlig, så i starten av sesongen finner man størst variasjon i istykkelsen på store vann.