热胀冷缩是限定在一定温度范围内的，高于4摄氏度时，水热胀冷缩 。

低于4摄氏度时，水冷张热缩。

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。

最典型的两种是(H2O)2和(H2O)3，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。

当温度在0摄氏度水未结冰时，大多数水分子是以(H2O)3的缔合分子存在，当温度升高到

3.98摄氏度(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摄氏度以上，一般物质热胀冷缩的规律即占主导地位了。

水温降到0摄氏度时，水结成冰，水结冰时几乎全部分子缔合在一起成为一个巨大的缔合分子，在冰中水分子的排布是每一个氧原子有四个氢原子为近邻，这样一种排布导致成一种敞开结构，也就是说冰的结构中有较大的空隙，所以冰的密度反比同温度的水小。