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, og deretter blir lettere igjen når temperaturen nærmer seg frysepunktet. Om høsten avkjøles innsjøen. Overflatevannet blir kaldere og tyngre, og synker nedover. Det blir dermed en vertikal sirkulasjon som ikke stopper før hele vannsøylen når 4 °C. Da er innsjøen klar for å islegges, for ytterligere avkjøling vil gjøre overflatevannet lettere slik at det blir liggende i ro til temperaturen når 0 °C hvor det fryser. Desto dypere vannet er, desto mer tid trengs for å avkjøle alt vannet til 4 °C.
Vinden er en urofaktor. Når det blåser blandes de øverste vannlagene. Da tetthetsforskjellene er små kan kraftig vind blande hele vannmassen. Temperaturen stiger da i laget nærmest overflaten, mens den synker litt i de dypere lagene. Det må 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 derfor flere dager med stille kaldt vær for å islegges permanent, mens små vindbeskyttede tjern kan islegges i første stille periode.
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.
Isen vokser raskt de første døgnene, men ettersom istykkelsen øker avtar isveksten. Det er fordi islaget isolerer slik at varmetransporten fra bunnen av isen til atmosfæren avtar. Faller det lett luftig snø på toppen av isen kan isveksten stoppe helt opp. Tørr snø er nemlig en vesentlig bedre isolator enn is. Selv uten snø ville isen i Norge ikke bli mer enn litt over 1 m tykk i løpet av en vinter. I praksis faller det snø, slik at vi sjeldent finner stålis på mer enn 70 cm.
I områder med mye snø er det derimot vanlig med flere lag med is med sørpe imellom, og det kan være et par meter fra toppen av det øverste islaget til bunnen av det nederste. Nederst i det nederste islaget finner man stålis. All is over det kalles sørpeis. Årsaken til at isen kan bli så tykk er at sørpeisen vokser nær overflaten slik at den eksisterende isen ikke isolerer.
Stålis dannes når innsjøvannet fryser. Det er gjennomsiktig og ser nesten svart ut i forhold til sørpeis (se neste istype) når en ser ned i et hull i isen. Stålisen er alltid nederst i det nederste islaget, og er den sterkeste istypen. Særlig i starten av sesongen kan innsjøisen bestå av kun stålis. På svensk kalles den "kärnis" og på engelsk "black ice".
Overvann er vanlig i Norge. Av og til er det så mildt at snøen på isen smelter, gjerne i kombinasjon med regnvær. Det mest vanlige er likevel at det faller mer snø enn isen klarer å bære. Isens tetthet er rundt 900 kg/m3, oppdriften er 100 kg/m3. 10 cm is kan derfor bære 10 cm nyfallen snø (ca. 100 kg/m3). Kommer det mer snø enn det "drukner" isen. Vann trenger da gjennom hull og sprekker i isen og fukter nedre deler av snølaget. Det våte snølaget bidrar til oppdrift og det oppstår en ny likevekt hvor den frie vannflaten er høyere enn isoverflaten. Dette kalles overvann. Er snølaget tykt vil den øverste delen fortsatt være tørr og isolere slik at vannet ikke fryser før snøen er blitt mer komprimert og mister isolasjonsevnen. En periode vil en skiløper da kunne vasse i vann selv om det er svært kaldt!
Sørpeis dannes når den våte snøen (sørpen) begynner å fryse til is. Den fryser fra toppen av det våte laget og nedover. En periode er det da to islag. Fortsetter kulden uten nye snøfall vil sørpeisen og stålisen fryse sammen til ett islag. Borer man gjennom dette laget ser man at den øvre delen (sørpeisen) er lys av farge, mens den underliggende stålisen er mørk. Dette er lettest å se dersom en ikke borer helt igjennom, og så tømmer det tørre hullet for isspon. Når man vurderer styrken på isen kan en cm hard sørpeis som er frosset fast til stålisen regnes som en halv cm stålis (halv styrke). Mer sprø is må ikke regnes med, og er den ikke fastfrosset til stålisen må det regnes som to lag. Bæreevnen blir da omtrent som bæreevnen til det sterkeste laget (ikke legg sammen tykkelsene på lagene!)). Sørpeis kalle på svensk "stöpis" og på engelsk "white ice".