Nước bị kẹp giữa hai bản chỉ cách nhau vài nanomet không còn hành xử như một chất lỏng thông thường. Độ thẩm điện môi của nó dọc theo mặt phẳng của lớp tăng vọt lên trên một nghìn, còn theo phương vuông góc với thành thì giảm xuống còn hai đến ba đơn vị. Đồng thời độ dẫn proton tăng mạnh.
Những quan niệm thông thường về nước như một môi trường đơn giản với độ thẩm điện môi không đổi không còn đúng ở đây. Khi độ dày khe nhỏ hơn năm nanomet, gần như toàn bộ nước nằm trong vùng ảnh hưởng của các bề mặt. Các phân tử không thể định hướng tự do trong ba chiều — những lưỡng cực của chúng buộc phải nằm trong mặt phẳng.
Sự hạn chế này kéo dài tương quan giữa các lưỡng cực lân cận. Thay cho những thăng giáng cục bộ, xuất hiện các đômen gồm hàng trăm phân tử liên kết bằng liên kết hydro và dao động một cách đồng bộ. Những chuyển động tập thể như vậy tăng cường đáp ứng với điện trường trong mặt phẳng và triệt tiêu nó theo phương vuông góc.
Mô hình lý thuyết được xây dựng trên đáp ứng tuyến tính với hạt nhân tương quan phân cực dạng hàm mũ đưa ra những quy luật tỉ lệ phổ quát. Độ thẩm điện môi tăng tỉ lệ với bình phương độ dài tương quan, còn độ dẫn thì tỉ lệ nghịch với độ dày của lớp. Các tính toán khớp định lượng với thực nghiệm trong khoảng độ dày từ một đến năm nanomet.
Nước bị giam hãm ở kích thước nanomet hành xử như một chất lỏng phân cực có tương quan với những đặc điểm sắt điện. Tính chất của nó được quyết định không phải bởi hình học của tụ điện, mà bởi những thăng giáng tập thể của các lưỡng cực. Điều này mở ra con đường điều khiển vận chuyển ion và hoạt tính hóa học trong các kênh nano và lỗ nano.
Việc hiểu cơ chế cho phép dự đoán hành vi của nước trong các màng sinh học, kênh graphene và vật liệu nano, nơi độ dày của lớp được đo bằng nanomet.
