El agua tiene la mayor densidad a 4 grados centígrados. La densidad del agua que utilizamos comúnmente se refiere a la densidad del agua a 4 grados, que es 1000 kg/m3. En términos generales, la mayoría de los objetos tienen la propiedad de expandirse y contraerse térmicamente. Cuanto mayor es la temperatura, menor es la densidad de la sustancia. Pero el agua es una excepción: se expande cuando se calienta y cuando se enfría tiene el volumen más pequeño sólo a 4°C. Por encima de 4 ℃ o por debajo de 4 ℃, el volumen se expandirá. Este fenómeno se llama "expansión anormal".
Si una determinada masa de agua se calienta de 0 ℃ a 10 ℃, el volumen del agua primero disminuye y luego aumenta 4 ℃ es el punto de inflexión, en el que el volumen es el más pequeño y la densidad. es el más grande. Esta extraña característica del agua es fácil de ver en la naturaleza. Por ejemplo, cuando el agua de un estanque de río se congela en invierno, siempre comienza en la superficie del agua. Es decir, primero la temperatura del agua en la superficie del río desciende a 0 ° C y la temperatura del agua debajo es superior a 0 ° C. La temperatura aumenta gradualmente de arriba a abajo y la temperatura en el fondo del río es aproximadamente. 4°C, y la densidad aumenta gradualmente, siendo la densidad más alta en el fondo del río. Es precisamente por esta extraña característica del agua que aparece la escena natural de "gente caminando sobre el hielo y peces nadando bajo el hielo".
Hasta ahora, la investigación popular sobre las moléculas de agua aún es insuficiente y no existe una explicación unificada para la expansión anormal del agua.
Esta característica del agua ha causado algunas pérdidas en la vida diaria de las personas por ejemplo, la fuerza que genera la expansión del volumen del agua cuando se congela es suficiente para reventar tuberías de agua, piezas de cemento, etc. Por supuesto, también puede aportar beneficios a los humanos, especialmente en la protección de los peces y otras formas de vida acuática.