一般情況下,物體遵守熱脹冷縮,也就是對于同一物體“固體的密度應比液體大”
可是水卻相反,這原因涉及到化學.
由于水分子是極性很強的分子,能通過氫鍵結合成締合分子（多個水分子組合在一起）.液態(tài)水,除含有簡單的水分子(H2O)外,同時還含有締合分子,最典型的兩種是(H2O)2和(H2O)3,前者稱為雙分子締合水分子.物質的密度由物質內分子的平均間距決定.當溫度在0℃水未結冰時,大多數(shù)水分子是以(H2O)3的締合分子存在,當溫度升高到3.98℃(101kPa)時水分子多以雙分子締合水分子的形式存在（在水溫由0℃升至4℃的過程中,由締合水分子氫鍵斷裂引起水密度增大的作用,比由分子熱運動速度加快引起水密度減小的作用更大,所以在這個過程中,水的密度隨溫度的增高而加大.）,分子占據(jù)空間相對減小,此時水的密度最大.如果溫度再繼續(xù)升高在3.98℃以上,一般物質熱脹冷縮的規(guī)律即占主導地位了.水溫降到0℃時,水結成冰,水結冰時幾乎全部分子締合在一起成為一個巨大的締合分子,在冰中水分子的排布是每一個氧原子有四個氫原子為近鄰(兩個共價鍵,兩個氫鍵),這樣一種排布導致成一種敞開結構,也就是說冰的結構中有較大的空隙,所以冰的密度反比同溫度的水小.