水在4摄氏度时密度最大。我们常用的水的密度就是指水在4度时的密度，为1000kg/m3。一般来说，大多数物体都有热胀冷缩的性质，温度越高，物质的密度越小。但水却是一个例外，其热胀冷也胀，只有在4℃时候，体积最小。高于4℃或低于4℃时，体积都会膨胀。这种现象被称为“反常膨胀现象”。
如果把一定质量的水从0℃加热到10℃，水的体积是先减小后增大的，4℃是转折点，此时体积最小，密度最大。水的这种奇异特性很容易在自然界中看到，如冬天河塘里的水结冰时，总是从水面开始的。也就是说首先是河面的水温降到0℃，下面的水温则高于0℃，从上向下温度逐渐升高，河底温度在4℃左右，密度则逐渐增大，河底密度最大。正因为水的这种奇异特性，才出现“人在冰上走，鱼在冰下游”的自然景象。
人们对水分子的研究还是很不够的，有关水的反常膨胀现象尚没有统一的解释。
水的这种特性给人们的日常生活造成一些损失，例如水结冰时体积膨胀所产生的力量，足以把水管、水泥制件等撑破。当然，也能给人类带来好处，特别是在保护鱼类和其他水中生物方面。
