土冻结时在一定条件下会发生下部土体的水分向冻结峰面转移的现象，即水分迁移，并析出冰层造成冻胀。解释水分迁移的学说很多，目前普遍认为起主要作用的是“薄膜水迁移理论”。

物理学认为，由于土颗粒的电分子引力作用及水分子的双极构造，当水和土颗粒接触时，会在土颗粒表面形成一薄膜水层，见图《路基冻害机理》所示。

最里层的水分子吸附力最大，为强结合水，水分子不能自由活动也不冻结，而外围的水层为弱结合水，可以在水分子力作用下运动和在负温下冻结。一般在土中，由于土颗粒间距离很小，甚至互相接触，可以形成公共水化膜，这时它们的弱结合水层便会在土颗粒和水分子引力作用下达到相对的平衡状态。当上部土体发生冻结时，由于形成冰晶，就从靠近冻结峰面的土颗粒外围的水化膜中夺走一部分水，使水膜变薄，使公共水化膜产生不平衡。这时，减薄了的水膜就会从邻近处抽吸水分来补充，以恢复平衡。所以在冻结过程中，增长着的冰晶不断从临近的水化膜中夺走水分，而相邻的厚膜中的水分子又不断地向薄膜补充，这样，不断地依次传递就形成了冻结时下部土体的水分向冻结峰面的迁移。