水在4攝氏度時密度最大。我們常用的水的密度就是指水在4度時的密度，為1000kg/m3。一般來説，大多數物體都有熱脹冷縮的性質，温度越高，物質的密度越小。但水卻是一個例外，其熱脹冷也脹，只有在4℃時候，體積最小。高於4℃或低於4℃時，體積都會膨脹。這種現象被稱為“反常膨脹現象”。
如果把一定質量的水從0℃加熱到10℃，水的體積是先減小後增大的，4℃是轉折點，此時體積最小，密度最大。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。也就是説首先是河面的水温降到0℃，下面的水温則高於0℃，從上向下温度逐漸升高，河底温度在4℃左右，密度則逐漸增大，河底密度最大。正因為水的這種奇異特性，才出現“人在冰上走，魚在冰下游”的自然景象。
到目前為止，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。
水的這種特性給人們的日常生活造成一些損失，例如水結冰時體積膨脹所產生的力量，足以把水管、水泥製件等撐破。當然，也能給人類帶來好處，特別是在保護魚類和其他水中生物方面。
