4℃，水在4℃時的密度爲1000kg/m3。一般來說，大多數物體都有熱脹冷縮的性質，溫度越高，物質的密度越小。但水卻是一個例外，只有在4℃的時候，水的體積最小。物體的密度是用質量除以體積得出的，所以在4℃時，水的密度最大。高於4℃或低於4℃時，水的體積都會膨脹，這種現象被稱爲“反常膨脹現象”。
大部分的物質受熱時都增大自己的體積，即熱脹冷縮，同時減小密度。水也具有這種性質，但是在 0℃和 4℃之間例外，此時隨着溫度的升高，水的體積並不是增加，而是縮小。4℃時水的密度最大。因此，水的體積和溫度之間的關係不是直線關係，而是曲線關係，這和大多數物質不一樣。
水的這種奇異特性很容易在自然界中看到，如冬天河塘裏的水結冰時，總是從水面開始的。也就是說首先是河面的水溫降到0℃，下面的水溫則高於0℃，從上向下溫度逐漸升高，河底溫度在4℃左右；密度則逐漸增大，河底密度最大。正因爲水的這種奇異特性，纔出現“人在冰上走，魚在冰下游”的自然景象。
到目前爲止，人們對水分子的研究還是很不夠的，有關水的反常膨脹現象尚沒有統一的解釋。
