水在4℃時密度是1000kg/m3，水在4℃時密度最大，是由於水分子間有氫鍵締合這樣的特殊結構所決定的，根據近代X射線的研究，證明了冰具有四面體的晶體結構。
水分子這個四面體是透過氫鍵形成的，是一個敞開式的鬆弛結構，因為五個水分子不能把全部四面體的體積佔完，在冰中氫鍵把這些四面體聯絡起來，成為一個整體。這種透過氫鍵形成的定向有序排列，空間利用率較小，約佔34％、因此冰的密度較小。
水在4℃時密度是1000kg/m3，水在4℃時密度最大，是由於水分子間有氫鍵締合這樣的特殊結構所決定的，根據近代X射線的研究，證明了冰具有四面體的晶體結構。
水分子這個四面體是透過氫鍵形成的，是一個敞開式的鬆弛結構，因為五個水分子不能把全部四面體的體積佔完，在冰中氫鍵把這些四面體聯絡起來，成為一個整體。這種透過氫鍵形成的定向有序排列，空間利用率較小，約佔34％、因此冰的密度較小。
在溫度4℃上下，水中有兩種使密度發生改變的效應：一是由於溫度升高，液態水的分子熱運動加劇，分子間的平均距離增大，致使水的密度減小；另一種是由於溫度升高，水中所含有的冰晶體逐漸熔解，分子間的平均距離減小，致使密度增大。在1大氣壓（101、325千帕）下，水溫低於4℃前，後一種效應占優勢；而水溫高於4℃後，前一種效應占優勢。設想一定質量的水，溫度從0℃逐漸升高到5℃，根據上面的分析，水的體積將先減小後增大，密度則先增大後減小，在4℃時體積最小，密度最大。實際上，溫度越過4℃以後，冰晶體會越來越少，直至消失，水就進入正常膨脹狀態了。
1、水溫4℃上下，有兩種使密度改變的效應：一是因溫度升高，液態水的分子熱運動加劇，分子間的距離增大，水的密度減小；另一種是因溫度升高，水中所含有的冰晶體逐漸熔解，分子間的距離減小，密度增大。
2、在1大氣壓下，水溫低於4℃，後一種效應占優勢；而水溫高於4℃，前一種效應占優勢。所以水在4℃密度最大。