水在4摄氏度时的密度最大，体积最小。在4摄氏度以上，随温度升高，密度逐渐减小，体积逐渐增大，所以，水在液态时，100度时的密度最小，体积最大。水是由氢氧离子组成的，因为氧离子和氢离子的负电荷倾向性不同，形成共价键。而水分子的V型几何结构，导致其为偶极共价键。氧离子为负电荷，氢离子为正电荷。这就导致生物学上一个极重要的现象，氢键。氢离子通过氢键和其他水分子结合。因为氢键的键能不大，所以在每一瞬时，每个水分子都结合和分离数十亿次氢键。水分子在液体状态下是无序运动的，随这温度的增高而运动加大，从而导致体积变大。