Феномен Мпембы связан с уникальными характеристиками водородных связей в молекулах воды следующим образом:

Водородные связи приводят к более плотному контакту молекул воды. 1 В результате естественное отталкивание между молекулами приводит к сжатию ковалентных связей и накоплению в них энергии. 1

Когда жидкость нагревается, расстояние между молекулами увеличивается, а водородные связи растягиваются. 1 Это позволяет увеличить длину ковалентных связей и таким образом отдать обратно накопленную в них энергию. 1

В процессе охлаждения молекулы сближаются, и энергия высвобождается. 3 Получается, что горячая вода отдаёт больше энергии, чем холодная, а значит и быстрее замерзает. 3