自然発生するアイススパイクは、円形のアイスキャンドルや多面体のアイスタワー（通常は三角形）であることが多く、雨水や水道水が凍った容器で時々見かけられます。 水は凍って氷になると9%膨張し、その内部構造を反映した氷の結晶の最も単純な形は六角柱である。 結晶の上面と下面は基底面と呼ばれる六角形の平面で、基底面に垂直な方向をc軸といいます。
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表面水が容器壁面に接する不陸を核に、内側へ凍ってゆく過程からスタートします。 最初に形成される結晶のc軸が垂直でない場合、基底面はc軸に垂直な線に沿って表面と交差し、氷の針はこの線に沿って表面を伝搬する傾向がある。 同時に、氷のカーテンが基底面に沿って過冷却水の中に伸びていく。 氷の膜が成長して表面の大部分を覆うようになると、結晶は合体してその場に固く固定され、氷のシートは中央に向かって凍り続け、小さな穴だけが凍らずに残るようになる。 結晶のカーテンは60度の角度で結合するため、穴は三角形になることが多いが、他の幾何学的形状も可能である。 氷が水中へ向かって膨張を続けると、残った水が穴から押し上げられ、氷の表面よりわずかに高く盛り上がった凸状のメニスカスが形成される。 メニスカスの縁が凍ると、小さなダムができて水が高くなり、氷のダムの上で水が膨張すると、縁が再び凍って最初のダムの上に別のダムができます。 水の膨張と穴の縁の凍結の速度が同じであれば、この過程が絶えず繰り返され、連続した層が氷のチューブを形成するのである。 このようにして、先端が塞がるまで、あるいは水がすべて凍るまで、氷の管は成長し続けるのである。 氷のトゲの形成には、水域の形状、溶存不純物の濃度、水面上の気温と循環が関係している。 水面下に形成された結晶から成長したスパイクは、氷床に対して垂直ではなく、急角度で突出することがある。
小さなアイススパイクは、家庭用冷蔵庫で作られる氷塊に人工的に形成できる。プラスチック製のアイスキューブトレイに蒸留水を使っている。 トゲの形成は、内部の水の膨張と、キューブ内部の体積の減少によって、穴から上方に押し上げる水の圧力が増加するという点で、自然に発生するトゲと同様です。 チューブの成長は、チューブ上部の水滴が完全に凍結した時点で止まるが、これはキューブ内の他の水が凍結するよりもかなり前のことである。 この方法では、通常、丸いか三角形の断面を持ち、先端が尖った小さなトゲができる。 この方法を用いた実験は実験室で行われているが、非蒸留水の氷塊では、水中の不純物がスパイクの形成を抑制するため、スパイクが形成されにくいことが分かっている。 そこで、LibbrechtとLuiは、自然界に存在する水道水や雨水で形成される氷のトゲはどのように形成されるのかという疑問が生じ、冷蔵庫で成長した小さなトゲの場合、チューブ上部の凍っていない小さな水滴に不純物がどんどん濃縮され、凍結率が低下してチューブが成長するのではないかと提案している。 しかし、屋外の自然の氷の中で、まれに例外的に大きなトゲが成長する場合は、成長するチューブの上部にたまった不純物を除去する何らかのメカニズムが必要であると、研究チームは考えている。 不純物がよりゆっくりと凍るポケットに押し込まれるか、あるいは、人工的に成長させた小さなトゲでは取るに足らない対流が、チューブの上部の水を下からの新鮮な水と入れ替えるのかもしれません」
カルテクで行われた研究の結果は、この現象をさらに解明するための実験を示唆している。