Donma olayı cisimlerin hacimlerine etki eder ve hacimlerde bir değişme meydana gelir. Donmuş olan cisimlerin hacmi genel olarak küçülmektedir. Antimon, su ve kimyasal elementlerden olan bizmut donma esnasında hacimleri ve hacimleri de büyür. Cismin saf olması donma noktası ile direkt olarak ilgili olduğu gibi basınç ile de ilişkilidir.
Donma eylemi esnasında su gibi genleşen cisimlerin üzerinde olan basınç seviyesi yükselirse bunun tam tersine donma noktası düşer. Eğer basınç seviyesi azalırsa da donma noktasının seviyesinde yükseklik yaşanır. Canlı dokuların çok fazla soğuğa maruz kalması soğuk ısırması olarak isimlendirilmektedir.
Bazı özel durumlarda sıcak olan su soğuk olan sudan daha hızlı bir şekilde donabilmektedir. Buna bilimde mpemba etkisi adı verilmektedir. Bu isim adını bu iddiayı gündeme getiren kişiden Tanzanyalı Erasto Mepemba’dan almaktadır.
Başlangıç olarak bu olay termo dinamik kurallarına aykırı olarak kabul edildiği için bu alanda çalışmalar gerçekleştiren uzmanlardan bazıları iddialara karşı çıkmıştır. Birçok uzman ise Mpemba etkisinin standart olarak kabule dilen fizik kanunları ile açıklanabileceğine inanmışlardır.
Deneyin yapılma biçimine bağlı olarak değişkenlik gösterebilecek şekilde şu durumlar bu olaya etki edebilmektedir:
Sıcak su çok farklı şartlar altında soğuk sudan daha erken donabilmektedir. İmkânsız olarak görülen bu durum aslında mümkün olabilmektedir ve birçok deney yapılarak gerçekliği bilim insanları tarafından kanıtlanmıştır. Tüm bunlarla birlikte birçok arklı kaynağa göre sık olarak dile getirilmekte olan iddialara rağmen bu olgunun nasıl meydana geldiğine dair bilim insanlarını ortak bir noktada anlaştığı net bir açıklama da bulunmamaktadır.
Yüzlerce yıl önce Descartes, Bacon ve Aristo’nun da gözlemediği donam durumu adını teoriye de veren Mpemba tarafından bilim dünyasında tekrar tartışma konusu haline gelmiştir. Bu durum Mepemba isimli öğrenci tarafından hazırlamış olduğu sıcak süt karışımını dondurma yapmak isterken ortaya çıkmıştır.
Mpemba etkisi adı verilen iddiaya göre biçimleri aynı olan iki farklı kapta yer alan farklı sıcaklıklardaki eşit miktarda olan su aynı şekilde soğutulduğu zaman belli şartlarda sıcak su daha soğuk suya oranla daha hızlı bir şekilde donmaktadır. Bu durum bilim alanında Mpemba adı ile anılmaktadır.
Sıcak suyun soğuk olan sudan daha hızlı donmasında aşırı soğuma durumunun önemli oranda bir etki sağladığı düşünülmektedir. Aşırı soğuma durumu suyun sıfır derece altındaki sıcaklıklarda donması olarak tanımlanmaktadır. Kaynar su sıfır derecede donarken de kendinden daha soğuk olan su donmadan hemen önce aşırı soğumaya uğramış olursa bu durum Mpemba etkisi ile açıklanabilmektedir.
Örnek olarak sıcaklığı 30 derece olan bir su 10 dakikada donabiliyorsa sıcaklığı 70 derecede olan su ise aynı miktarda olmasına rağmen belli bir sürede sıcaklığı önce 30 dereceye düşer ancak bir 10 dakika sonra donma gerçekleşebilir.