Woda jest najgęstsza gdy ma 4 stopnie Celsjusza. Jeśli temperatura wody rośnie, maleje gęstość, podobnie jeśli temperatura maleje gęstość również maleje, podczas zamiany w ciało stałe woda zwiększa swoją objętość. Te wszystkie właściwości są bardzo nietypowe, ponieważ zazwyczaj substancja gdy jest ogrzewana to jej objętość się zwiększa, a jeśli substancja zamienia sie w ciało stałe to jej objętość się zmiejsza a gęstość rośnie. Ten fakt sprawia między innymi, że na dnie zbiorników wodnych gromadzi się woda o tempraturze 4 stopni Celsjusza, ponieważ jest najgęstsza, więc opada na dno. Z kolei lód jako mniej gęsty unosi się na wodzie, dzięki czemu mamy krę, góry lodowe i Arktykę.
Większość substancji podczas krzepnięcia zmniejsza swoją objętość, ponieważ cząsteczki zostają ciaśniej "upakowane". Krzepnąca woda zachowuje się inaczej, zwiększa swoją objetość. Natomiast ogrzewając wodę od temperatury 0⁰C do 4⁰C, można zaobserwować zmniejszenie się jej objętości. W tym zakresie temperatur zachodzi zjawisko anomalnej rozszerzalności cieplnej wody. Zjawisko anomalnej rozszerzalności cieplnej wody ma duże znaczenie w przyrodzie dla utrzymania naturalnego życia w rzekach i jeziorach w okresie zimy. Gdy przy temperaturach poniżej 0⁰C woda zamarza, to pod lodem - przy dnie zbiornika wodnego - gromadzi się woda o największej gęstości (czyli o temperaturze 4⁰C), zapewniając rybom i innym zwierzętom odpowiednie warunki do przeżycia.