1、由于水分子是极性很强的分子，能通过氢键结合成缔合分子（多个水分子组合在一起）。液态水，除含有简单的水分子外，同时还含有缔合分子，最典型的两种是(H?O)?和(H?O)?，前者称为双分子缔合水分子。物质的密度由物质内分子的平均间距决定。
2、当温度在0℃水未结冰时，大多数水分子是以(H?O)?的缔合分子存在，当温度升高3.98℃(101kPa)时水分子多以双分子缔合水分子的形式存在，分子占据空间相对减小，此时水的密度最大。如果温度再继续升高在3.98℃以上，一般物质热胀冷缩的规律即占主导地位了。
3、物体受热时会膨胀，遇冷时会收缩的特性。由于物体内的粒子（原子）运动会随温度改变，当温度上升时，粒子的振动幅度加大，令物体膨胀；但当温度下降时，粒子的振动幅度便会减少，使物体收缩。