โดยปกติน้ำเค็มในมหาสมุทรมีจุดเยือกแข็งต่ำกว่าน้ำจืด น้ำทะเลในบริเวณอาร์กติกและแอนตาร์กติกเท่าที่มีการสำรวจมีจุดเยือกแข็งที่อุณหภูมิ -1.9 องศาเซลเซียสหรือต่ำกว่า[1] นิ้วน้ำแข็งเกิดขึ้นเมื่ออุณหภูมิของอากาศเย็นจัด (โดยประมาณ -40 °ซ.) ทำให้น้ำเย็นและแข็งตัว การตกผลึก (การก่อตัวของน้ำแข็ง) ของน้ำเค็มที่เกิดขึ้นแตกต่างจากน้ำจืด แทนที่น้ำทะเลจะแข็งตัวเป็นก้อน แต่มักก่อตัวเป็นโครงสร้างผลึกที่มีรูพรุนแบบฟองน้ำ เป็นช่องบรรจุน้ำเกลือเข้มข้น (brine) หรือน้ำเกลือ (saline) อยู่ภายใน[1] เนื่องจากกระบวนการก่อตัวของน้ำแข็งจากน้ำเกลือ จะขับเกลือ และไอออนอื่น ๆ ส่วนใหญ่ให้แยกออกจากผลึกของน้ำแข็งบริสุทธิ์[2]

น้ำเกลือนี้มีความเข้นข้นของเกลือและความหนาแน่นที่มากขึ้นเรื่อย ๆ จึงถูกผลักให้สะสมรวมตัวกันและรั่วไหลผ่านรอยแตกของน้ำแข็งที่ลอยอยู่ที่ผิวน้ำทะเล ความเข้มข้นของเกลือที่มากนี้ทำให้มีจุดเยือกแข็งที่ต่ำลง คงสภาพของเหลวและไม่แข็งตัวในทันที ทั้งยังหนักกว่าน้ำทะเลโดยรอบทำให้กลุ่มน้ำเกลือเข้มข้นนี้จมตัวลง[1][3] แทรกผ่านช่องรอยแยกคล้ายอุโมงค์ขนาดเล็กมากเรียก ช่องน้ำเกลือเข้มข้น (brine channel) ถูกสร้างขึ้นผ่านชั้นน้ำแข็ง การจมตัวลงของน้ำเกลือเข้มข้นที่เย็นจัดนี้คือ การเริ่มก่อตัวของนิ้วน้ำแข็ง[4]

ในขณะเดียวกันการไหลลงของน้ำเกลือเข้มข้นที่เย็นจัดแตะกับน้ำทะเลที่ยังไม่แข็งตัวด้านล่าง จะทำให้เกิดน้ำแข็งเพิ่มขึ้นรอบ ๆ และโดยทั่วไปอนุภาคน้ำเคลื่อนตัวจากจุดที่มีความเข้มข้นของน้ำสูงไปสู่จุดที่มีความเข้มข้นต่ำ ดังนี้น้ำเกลือมีความเข้มข้นของน้ำต่ำจึงดึงดูดอนุภาคน้ำที่มีอุณหภูมิสูงกว่าเล็กน้อยโดยรอบให้เข้าหา[5] อุณหภูมิที่เย็นกว่าของน้ำเกลือทำให้มวลน้ำที่เพิ่งดึงดูดมาใหม่แข็งตัว โดยหากน้ำเกลือในช่องมีการกระจายอย่างสม่ำเสมอ ท่อน้ำแข็งนี้จะก่อตัวลงสู่ด้านล่างอย่างสม่ำเสมอกันเป็นแท่งตรง อย่างไรก็ตามหากช่องน้ำเกลือมีความเข้มข้นมากกระจุกในพื้นที่เล็ก ๆ การไหลลงของน้ำเกลือเย็นจัด (ซึ่งมีเกลือมากจนไม่สามารถแข็งตัวที่จุดเยือกแข็งเดิม) จะเริ่มมีปฏิกิริยากับน้ำทะเลที่ยังไม่แข็งคล้ายการไหลเป็นกระแส[6] (ในลักษณะเดียวกับที่อากาศร้อนจากไฟลุกแลบขึ้นเป็นเปลวแหลม) แข็งตัวเป็นเกล็ดน้ำแข็ง เป็นเส้น ๆ คล้ายกับขน[7] และเกล็ดน้ำแข็งเหล่านี้ก่อตัวเป็นท่อ ขอบด้านนอกของนิ้วน้ำแข็งเริ่มหนาขี้นจากการแข็งตัวของน้ำโดยรอบ ซึ่งช่วยควบคุมทิศทางการกระจายตัวของน้ำเกลือและรักษาความเย็นไว้ ทำให้มีลักษณะคล้ายกับ "ปล่องภูเขาไฟ" กลับหัว ที่พ่นน้ำเกลือเข้มข้นที่เย็นจัดที่ถูกบังคับให้ไหลลงด้านล่างไปเรื่อย ๆ [8] ระยะเวลาการก่อตัวของนิ้วน้ำแข็งขนแตะพื้นทะเลโดยประมาณ 4−12 ชั่วโมง[1]

ขนาดของนิ้วน้ำแข็งขึ้นกับ ความลึกของน้ำ อัตราการก่อตัวของน้ำแข็งที่ผิวทะเลที่กำหนดอัตราการไหลของน้ำเกลือเข้มข้น อุณหภูมิและการไหลของน้ำทะเลโดยรอบ ความเค็มของน้ำเกลือภายในท่อนิ้วน้ำแข็งมีความแตกต่างกัน ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของอากาศ อุณหภูมิยิ่งต่ำความเข้มข้นของน้ำเกลือก็จะยิ่งมากขึ้น ในเดือนมกราคม ค.ศ. 2014 ที่ชายฝั่งทะเลขาวมีการบันทึกว่า ขณะที่อุณหภูมิอากาศ −1 °ซ. ความเค็มของน้ำเกลือในนิ้วน้ำแข็งอยู่ระหว่าง 30 ถึง 35 psu ในขณะที่ความเค็มในทะเลอยู่ที่ 28 psu และเมื่ออุณหภูมิอากาศอยู่ที่ −12 °ซ. ความเค็มของน้ำเกลือจะเพิ่มขึ้นเป็นระหว่าง 120 ถึง 156 psu[9]