Parasti ledus tiek definēts kā ūdens cietais agregātstāvoklis (turpmāk termins “ledus”, ja nav norādīts citādi, tiek attiecināts tikai uz ūdens ledu), tomēr plašāka termina definīcija ietver arī jebkuras citas substances cieto agregātstāvokli. Uz kosmiskajiem ķermeņiem Saules sistēmā ir sastopams arī, piemēram, slāpekļa, oglekļa dioksīda, oglekļa monoksīda vai metāna ledus. Oglekļa dioksīda ledu mēdz dēvēt par sauso ledu. Sasniedzot sasalšanas punkta temperatūru (0 °C normālā atmosfēras spiedienā), ūdens tvaiks galvenokārt pārveidojas par sarmu vai sniegpārslām (sākotnējo sniegpārslu kodolu izveido sīki sasaluša ūdens pilieni), kas veido atsevišķus kristālus. Šķidrs ūdens sasalst, veidojot jūru, upju, ezeru ledu, pazemes ledu gruntī vai krusu, ledus graudus un uzledojumus atmosfērā un uz dažādām virsmām. Ledāju ledus veidojas galvenokārt sniega transformācijas procesā (skatīt šķirkli ledājs).

Visi ledus veidojumi kopā veido kriosfēru, kas iekļauj ledu atmosfērā, hidrosfērā un litosfērā. Kopumā kriosfērā atrodas vairāk nekā 30 miljoni km³ ledus, no kura vairāk nekā 99 % atrodas ledājos un pazemē (grunts ledus). Gandrīz 90 % no šī ledus iekļaujas ledājos, savukārt teritoriāli lielākais pastāvīgā ledus izplatības areāls ir pazemes ledum. Pazemes ledus kopā ar sasalušajiem iežiem un nogulumiem veido ilglaicīgo sasalumu, kas ir izplatīts 24 % no sauszemes teritorijas jeb apmēram 36 miljonos km², no kuriem gandrīz 23 miljoni km² atrodas Ziemeļu puslodē. Šajos aprēķinos tiek pieņemts, ka sasalums sastopams arī visur zem ledus vairogiem. Tomēr precīzu ilglaicīgā sasaluma izplatību noteikt nav iespējams, jo ir zināms, ka ledus vairogu pamatnē esošais ledāja ledus ir politermāls. Tādējādi apgabalos zem ledus lielplūsmām, kur ledājs ir silti bāzēts un tā gultnē atrodas ūdens, pazemes ledus nebūs sastopams. Mūsdienu ledāji aizņem apmēram 10 % sauszemes platības jeb aptuveni 16 miljonus km². Vislielāko sauszemes platību sezonāli var aizņemt ledus sniega formā, kas galvenokārt izplatīts Ziemeļu puslodē, kur tā klātā platība sezonāli mainās no 2 līdz 45 miljoniem km². Dienvidu puslodē sniegs klāj lielāko daļu ledus vairogu Antarktikā. Sezonāli mainīga ir arī jūras ledus izplatība, īpaši Antarktikā, kur lielākā daļa jūras ledus katru gadu veidojas no jauna. Vidēji jūras ledus klātā platība ir apmēram 25 miljoni km². Jūras ledus platība Arktikā vidēji mainās no 6,5 miljoniem km² vasarā līdz 15,6 miljoniem km² ziemā, savukārt Antarktikā no 3,1 līdz 18,8 miljoniem km².

Ledu uz zemeslodes var klasificēt pēc vides, kurā tas ir veidojies: virszemes ledus un ledus uz dažādām virsmām, atmosfēras ledus, pazemes ledus, jūras ledus, upju, ezeru un citu ūdenstilpju ledus. Katru no šiem galvenajiem ledus veidiem var iedalīt arī daudz detalizētāk. Sauszemē ledus galvenokārt sastopams ledājos. Ledus veidojumiem uz zemes virsas vai jebkādiem objektiem ir uzledojumi jeb uzledi (veidojas, sasalstot ūdenim) un sarma (veidojas, sasalstot ūdens tvaikam). Sarma, kas veidojas zemes virskārtas tuvumā, īpaši uz veģetācijas, ir klasificējama kā gaisa sarma un pazīstama arī kā dabas parādība – salna.

Atmosfērā ledus galvenokārt sastopams cieto nokrišņu veidā kā sniegs, krusa, ledaina migla, ledus graudi un adatveida ledus kristāli (dimanta putekļi). Ledus kristāli ir sastopami dažādos mākoņu paveidos atmosfērā, un tiem ir nozīmīga loma Zemes klimata veidošanā. Ledus kristāliem parasti raksturīga heksagonāla simetrija. Ledus kristāliem, kas veidojušies no ūdens tvaika kondensācijas, raksturīgas šādas galvenās pamatformas: adatveida, plātņveida un dendrītiskas zvaigznes. Kopumā cieto atmosfēras nokrišņu formas meteorologi klasificē vismaz 80 tipos. Ledus kristāli atmosfērā veidojas saistībā ar nukleācijas kodoliem jeb kristalizācijas aizmetņiem (iespējams, visbiežāk tie ir māla minerāli). Ledus var kristalizēties no ūdens tvaika (desublimācija) vai sasalstot ap sīkiem ūdens pilieniem, kuri veido ledus nukleācijas kodolus. Jo mazāki un tīrāki ir ūdens pilieni, jo zemāka ir to sasalšanas temperatūra. Lai gan saldūdens sasalst, ja tā temperatūra sasniedz 0 °C, sīki pārdzesēta ūdens pilieni atmosfērā var saglabāties šķidrā agregātstāvoklī līdz pat -40 °C, ja tie nenonāk mijiedarbībā ar nukleācijas kodoliem. Tā kā ledum ir zemāks tvaika spiediens nekā ūdenim, izveidojušies ledus kristāli augs tvaika pārneses rezultātā no ūdens pilieniem. Pārdzesētu ūdens pilienu klātbūtne atmosfērā rada lielus draudus aviācijā, jo šiem pilieniem, saduroties ar lidaparātu auksto virsmu, tiek izjaukta to iekšējā struktūra, paaugstinās sasalšanas temperatūra un tie sasalst, veidojot uzledojumus. Uzledojumi ietekmē lidaparātu aerodinamiku un izraisa aviokatastrofas. Lai uz lidaparātiem veidotos uzledojumi, nepieciešami divi galvenie apstākļi: gaisa temperatūra zem 0 °C un pārdzesēta, šķidra ūdens pilienu vai slapju sniegpārslu klātbūtne. Parasti vislielākais uzledojumu risks ir atmosfērā, kur mākoņos esošo ūdens pilienu temperatūra ir no 0 līdz -20 °C. Lidmašīnai pārvietojoties atmosfērā bez mākoņiem, uz tās var veidoties arī sarma, kas rada vismazākos riskus lidmašīnas aerodinamikai, salīdzinot ar uzledojumiem.

No ledus kristāliem sastāv arī sniegs. Atkārtotu sasalšanas–atkušanas ciklu vai sablīvēšanās un citu procesu rezultātā sniegs pārveidojas par firnu. Ledājos firns tālāk pārveidojas par ledāju ledu.

Pazemes ledus gruntī galvenokārt ir sastopams periglaciālajos apgabalos. Raksturīgākā periglaciālā apgabala parādība ir ilglaicīgais sasalums (angļu permafrost). Ilgākā laika posmā sasalis augsnes, nogulumu vai iežu slānis zem zemes virsmas veido ilglaicīgo sasalumu jeb pazemes apledojumu. Pazemes ledu iedala četros galvenajos tipos: dzīslu, poru, segregācijas un intrūziju ledus.

Jūrās veidojas jūras ledus, kas var vai nu būt dreifējošs (pakledus), vai piestiprināts (malasledus) pie krasta vai nogruntētiem aisbergiem, vai pie jūras dibena. Jūras ledu klasificē pēc tā attīstības stadijām: sākotnējais ledus (ledus adatas, vizmas, sniega putra un vižņi), plānledus, jaunledus, viengadīgais un daudzgadīgais ledus. Upēs pirmie ledus veidojumi ir peldoši ledus kristāli un to sakopojumi – vizmas un vižņi. Virsledus veidojumus ūdenstilpes malās sauc par piesalām. Ezeros parasti sākotnēji veidojas plāns virsas ledus slānis. Ezeru ledu iedala primārajā, sekundārajā un uzguldītajā ledū.

Ūdens ledus sastāv no viena skābekļa (O) atoma un diviem ūdeņraža (H) atomiem. Ledus molekulas atomus saista polārā kovalentā saite, savukārt atsevišķas molekulas savstarpēji saista starpmolekulārā ūdeņraža saite. Ūdens (arī ledus) molekulas atšķiras pēc to izotopiskā sastāva. Ūdeņradim ir trīs izotopi (protijs, deitērijs un tritijs), tādējādi tas var veidot vieglo ūdeni – P₂O, smago ūdeni – D₂O un pārsmago ūdeni – T₂O, kurš ir radioaktīvs un sastopams ļoti reti. Skābeklim arī ir trīs stabili izotopi – ¹⁶O, ¹⁷O un ¹⁸O, no kuriem vieglā jeb ¹⁶O sastopamība ir 99,76 %. Ledus izotopiskais sastāvs ietekmē ledus fizikālās īpašības, piemēram, blīvumu, kušanas punktu un daudzas citas. Ledājos iegūto ledus serdeņu izotopiskais sastāvs ir viena no būtiskākajām liecībām par Zemes klimata un temperatūras izmaiņām pagātnē. Galvenokārt tiek izmantota ¹⁶O un ¹⁸O attiecība ledus serdeņos. Ūdenim iztvaikojot, ūdens tvaikā nonāk nedaudz mazāks ¹⁸O un deitērija daudzums. Tādējādi nokrišņos un no tiem veidotajā ledāja ledū būs mazāks smago izotopu daudzums nekā, piemēram, jūras ūdenī. Šīs atšķirības zinātnieki izmanto, lai aprēķinātu globālā ledāju ledus tilpuma izmaiņas pagātnē.

Ledus, kas veidojies normālā atmosfēras spiedienā un temperatūrā starp 0 un aptuveni -80 °C, ir kristāliska viela, kuras molekulas ir sakārtotas heksagonālā simetrijā – šo uz Zemes izplatītāko un vieglāko (blīvums 916,7 kg/m³) ledus fāzi sauc par I_h ledu. I_h ledum pēc blīvuma gandrīz identisks ir I_c ledus, kurš veido kubiskus kristālus, bet tā veidošanās galvenokārt notiek zemākā temperatūrā nekā I_h ledum. Tādējādi I_c ledus galvenokārt veidojas polārajos stratosfēras mākoņos un tropopauzē tropu joslā. Daži jaunāko pētījumu rezultāti gan apšauba to, ka I_c ledum tiešām ir kubiska struktūra. Kopumā ledus var eksistēt vienā no deviņpadsmit kristāliskajām fāzēm (no I līdz XIX), no kurām lielākā daļa ir radītas mākslīgi, kā arī tas var būt amorfā (bezkristāliskā) formā. Amorfs ledus, iespējams, ir izplatītākā ledus forma starpzvaigžņu telpā. Visblīvākā, eksperimentāli iegūtā ledus fāze ir X ledus, kura blīvums ir 2510 kg/m³. Saules sistēmas gāzu planētu, galvenokārt Urāna un Neptūna uzbūvē atrodama savdabīga ledus un ūdens forma, kas uz Zemes dabiski neveidojas ­– superioniskais jeb XVIII ledus. Tas pastāv tikai miljoniem atmosfēru lielā spiedienā un augstā temperatūrā. Šajā fāzē ledus ir gan ciets, gan šķidrs vienlaicīgi, jo skābekļa atomi ir organizēti cietā kristāliskajā režģī, bet ūdeņraža joni tajā pārvietojas brīvi kā šķidrumā.

Neparasta ledus īpašība ir tas, ka tā blīvums ir par 8,3 % mazāks nekā ūdens blīvums, savukārt, tīram ūdenim sasalstot, tā tilpums palielinās par apmēram 9 %. Šis process ir nozīmīgs ģeoloģijā, jo nodrošina mehāniskās dēdēšanas procesus, piemēram, iežu sairšanu, kas īpaši izpaužas periglaciālajos apgabalos. Ledum raksturīga augsta termiskā (siltuma) vadītspēja – 2,22 W/mK (Watts per meter-Kelvin) pie 0 °C. Ūdenim tā ir 0,6 W/mK, savukārt svaigam sniegam pat tikai 0,02 W/mK. Tādējādi ledus ļoti labi vada siltumu atšķirībā no sniega, kas ir būtiski ledāju termikas aspektā. Nozīmīga ledus īpašība ir albedo (virsmas atstarotājspēja). Ja tikko uzkritušam sniegam albedo ir 0,85, tad ar atlūzām pārklātam ledāja ledum tas ir tikai 0,2. Tīram ledum albedo ir ~0,35, bet ledum ar gaisa porām albedo ir līdz 0,65. Albedo ir būtisks faktors Zemes klimata sistēmā un viens no faktoriem, kas palielina klimata pasiltināšanos polārajos reģionos, tajos samazinoties ar sniegu un ledājiem klātajām platībām.

Ledus kristāliskā struktūra nosaka tā molekulu sakārtojumu un atsevišķu ledus kristālu īpašības, bet ledus parasti ir polikristāliska viela, kuras mehāniskās īpašības var būt atšķirīgas kā atsevišķiem ledus kristāliem. Daudzas ledus mehāniskās īpašības nosaka defekti un dislokācijas tā kristāliskajā struktūrā. Ledāja ledum piemīt plūstamība un tas var deformēties kā viskozi plastisks materiāls. Atsevišķu ledus kristālu plastiska deformācijas norisinās kā pārvietojums starp iekšmolekulārajām bazālajām plaknēm, savukārt polikristāliskā ledū norisinās arī pārvietojums (slīdējums) starp kristāliem, kas īpaši raksturīgs ledum, kura temperatūra ir augstāka par -10 °C. Ledus temperatūrai paaugstinoties, starp ledus kristāliem parādās aizvien vairāk ūdens, kas nodrošina ledus kristālu savstarpējo slīdēšanu. Ledus plastiskā deformācija jeb krīps ir atkarīgs ne tikai no pieliktā sprieguma, bet no daudziem faktoriem, kas saistīti ar kristālu formu un īpašībām, piemaisījumiem, temperatūras, arī no ūdens daudzuma porās starp ledus kristāliem.

Īpatnējs ledus veidojumus ir klatrātu hidrāti. Tie veidojas, gāzu molekulām iespiežoties tukšumos starp ledus kristāliem. Ledus vairogos, attālinoties no ledus virsmas, samazinās poru tilpums ledū un vienlaicīgi pieaug gāzu spiediens. Noteiktā dziļumā tiek sasniegts disociācijas spiediens, kad ledus porās esošās gāzu molekulas tiek iespiestas ledus kristāliskā režģa tukšumos jeb slazdos un izveidojas klatrātu hidrāti. Tos var iedalīt divos tipos ar atšķirīgu ūdens molekulu un slazdu skaitu. Pirmā tipa hidrātam (ledum, kurš satur gaisa molekulas nevis porās starp ledus kristāliem, bet gan kristāliskā režģa tukšumos) kristālisko režģi veido 46 ūdens molekulas un astoņi slazdi ar gāzu (gaisa) molekulām. Noteiktā dziļumā, kas ir lielāks par 1 km, klatrātu iekļāvumi pilnībā aizvieto poras ar gaisu.

Ledus normālā atmosfēras spiedienā kūst, ja tā temperatūra ir augstāka par 0 °C jeb 273,15 grādiem pēc kelvina (K). Šī ledus kušanas punkta vērtība ir pieņemta par nulli Celsija skalā. Savukārt ledus saglabājas cietā stāvoklī, ja tā kušanas punkta temperatūras ir zemāka par 0 °C. Ūdens, ledus un ūdens tvaika agregātstāvokļus nosaka galvenokārt spiediens un temperatūra, kā arī citi faktori. Piemēram, ūdens pielienu izmērs un tīrība (aerosolu klātesamība) var būtiski ietekmēt to sasalšanas temperatūru. Visas trīs fāzes var pastāvēt vienlaicīgi, tā saucamajā, trīskāršajā punktā jeb 273,16 K (0,01 °C) un 611,7 paskālu spiedienā. Ledus kušanas punkta temperatūra pazeminās, palielinoties spiedienam – par 0,072 °C uz miljons paskāliem (MPa). Pie 100 MPa spiediena ledus kušanas punkta temperatūra ir -8,8 °C, bet pie 200 MPa tā ir -20,7. Ledus kušanas temperatūra pazeminās ledāja ledū par apmēram 0,7 0°C uz katru ledus biezuma kilometru. Tādējādi, piemēram, ledus vairoga pamatnē, kur ledus ir 2 km biezs un spiediens sasniedz 17,6 miljonus paskālu, ledus kušanas punkts būs -1,27 °C. Šo te punktu parasti sauc par spiedienkušanas punktu. Paaugstināts spiediens zem ledājiem var būt arī pirms nelīdzenumiem ledāju gultnē. Tas izsauc ledus spiedienkušanu un ledājūdeņu rašanos. Ledājūdeņi sasalst apgabalos ledāja gultnē, kur spiediens samazinās (aiz nelīdzenumiem). Ledus kušanu un ledājūdeņu atkārtotu sasalšanu ledāju pamatnē sauc par reželāciju. Ledus kušanas temperatūru ietekmē arī tajā esošie piemaisījumi. Ūdens sasalšana arī ir atkarīga no tajā izšķīdušo vielu koncentrācijas. Piemēram, tipiska jūras ūdens sasalšanas temperatūra ir -1,8 0°C pie normāla atmosfēras spiediena.

Ledu un ledus veidojumus pēta dažādas zinātņu nozares. Kopumā ledus ir galvenais izpētes objekts glacioloģijā, lai gan šī zinātņu nozare galvenokārt pievēršas ledāju pētījumiem. Ledum ir ļoti liela nozīme daudzos procesos uz Zemes, pazemē, hidrosfērā un atmosfērā, tādēļ dažādus tā aspektus pēta dažādas dabas zinātņu nozares, piemēram, ģeoloģija, ģeofizika, fizika, ķīmija, bioloģija, hidroloģija, okeanogrāfija. Ledus mehāniskās un ķīmiskās īpašības pēta ledāju fizika un ķīmija. Ledus ir ļoti nozīmīgs veidojumus saistībā ar okeānu produktivitāti, kas ir bioloģijas apakšnozaru pētniecības lauks. Ledus tiek pētīts dažādos mērogos. Ledus kristālu īpašību izpratne (ledus fizika un ķīmija) ir pamatā arī izpratnei par ledāju plūsmu un deformāciju. Aizvien eksperimentāli tiek atklātas jaunas ledus fāzes, un teorētiski iespējamo ledus fāžu eksistence tiek atklāta ar modelēšanas palīdzību. Ledāju un ūdenstilpju, kā arī sniega izplatība, biezums un mainība globālo klimata pārmaiņu kontekstā tiek plaši pētīta, izmantojot attālinātās izpētes (tālizpētes) metodes un datus, kas tiek iegūti no satelītu sensoriem. Neskaitot optiskos sensorus, plaši tiek izmantoti aktīvie sensori, kuri ne tikai uztver, bet paši raida un uztver elektromagnētisko starojumu. Vairākas satelītu misijas ir radītas ar mērķi pētīt tieši ledus un sniega veidojumus, piemēram, Nacionālās aeronautikas un kosmosa administrācijas (National Aeronautics and Space Administration, NASA) ICEsat (Ice, Cloud, and land Elevation Satellite; Ledus, mākoņu un zemes augstuma satelīts) un ICEsat-2 un Eiropas Kosmosa aģentūras (The European Space Agency) CryoSat un CryoSat-2 satelīti, kuru galvenie instrumenti ir attiecīgi lāzera altimetri un sintezētās apertūras interferometriskie radara altimetri. Šie altimetri ļauj precīzi mērīt, piemēram, ledāju un jūras ledus virsmas augstuma izmaiņas. Pretēji lāzera altimetriem, radara altimetru mērījumus daudz mazākā mērā ietekmē mākoņu sega. Visaugstākās izšķirtspējas informāciju savukārt iegūst no lidmašīnu un mūsdienās aizvien plašāk pielietotajiem bezpilota gaisa kuģu optiskajiem sensoriem, radariem un lāzerskeneriem.