С понижением температуры грунта растут силы кристаллизации льда, адсорбирующегося на поверхности ледяных включений, образовавших ранее из замерзшей свободной воды. Промерзание водных пленок распространяется по направлению к поверхности частиц, и общее количество замерзшей в грунте воды постепенно увеличивается. При этом кристаллизация льда будет возможна, если силы, вызывающие течение этого процесса, станут равны силам притяжения молекул воды частицами грунта, которые имеют тем большее значение, чем меньше расстояние до их поверхности.

В очень тонком слое воды (в несколько молекул), покрывающем непосредственно частицы грунта, силы молекулярного притяжения настолько велики, что они вообще не могут быть преодолены силами кристаллизации льда. Вода здесь прочно связана с частицами грунта и остается незамерзшей практически при любых отрицательных температурах (до -186е). При оттаивании грунта изложенный процесс протекает в обратном порядке.

Основной причиной пучения является движение пленочной воды в зону промерзающего грунта, называемое миграцией. Эта миграция происходит под влиянием молекулярных сил и направлена в ту сторону, где водные пленки на частицах грунта стали по той или иной причине тоньше.

Такое уменьшение толщины пленок наблюдается, например, в талых грунтах при испарении влаги. Оно происходит и в замерзающем грунте вследствие указанного выше образования кристаллов льда, притягивающих адсорбционными силами молекулы воды из водных пленок, окружающих его частицы. Поэтому в промерзающем грунте может накопиться в виде льда количество воды, заметно превышающее первоначальный объем пор, что и вызывает его пучение. Естественно, что при оттаивании пучин грунт окажется сильно переувлажненным и разрыхленным и его сопротивляемость внешней нагрузке практически будет утрачена.

В разных грунтах пучение проявляется различно. В наибольшей мере подвержены пучению пылеватые пески, пылеватые супеси и суглинки, особенно когда они сильно увлажнены и имеется постоянный источник их питания влагой вследствие близкого залегания грунтовых вод.