事故を引き起こす根底にあるのは、物質としての「水」が持つ特異な物理特性です。大半の液体は冷えて固体になると分子の密度が高まり体積が縮小しますが、水は例外的な性質を持っています。水分子は凍結して氷の結晶構造を形成する際、水素結合によって隙間の多い立体網目構造を形成するため、液体の状態に比べて体積が約9％〜10％も膨張します。
市販の500mlペットボトルに満量近く注がれた飲料が凍ると、容積にしておよそ45ml〜50ml分も膨らむ計算になります。しかし、通常のペットボトルは薄肉化が進んでおり、素材自体にそこまでの伸縮性はありません。逃げ場を失った体積膨張のエネルギーはボトルの内壁を全方位から強烈に圧迫し、結果として以下のような段階的破損を引き起こします。
- 底部形状の座屈：平らだった底部の花びら状（ペタロイド形状）が外側へ盛り上がり、自立できなくなる。
- 胴体の白化・亀裂：限界まで引き延ばされた樹脂が白く変色（応力白化）し、微小なピンホールや裂け目が生じる。
- キャップ部の嵌合破断：ねじ山の噛み合わせが内圧で押し広げられ、開栓時や凍結過程でキャップが弾け飛ぶ。
さらに警戒すべきは、炭酸飲料を冷凍庫に入れる行為です。炭酸水やコーラなどの炭酸飲料は、液中に二酸化炭素が圧入されています。液体が凍ると気体は氷の中に留まることができず、気相（空気だまり）へと一気に逃げ出します。水自体の約9％の体積膨張に加えて、気化した二酸化炭素による猛烈なガス圧が加わる二重の負荷がかかるため、極めて短時間で激しい破裂を引き起こす危険性があります。
