由于水分子间有氢键缔合这样的特殊结构所决定的。
根据近代射线的研究，证明了冰具有四面体的晶体结构，这个四面体是通过氢键形成的，是一个敞开式的松弛结构，因为五个水分子不能把全部四面体的体积占完，在冰中氢键把这些四面体联系起来，成为一个整体，这种通过氢键形成的定向有序排列，空间利用率较小，约占百分之三十四，因此冰的密度较小，水溶解时拆散了大量的氢键，使整体化为四面体集团和零星的较小的水分子集团，故液态水已经不象冰那样完全是有序排列了，而是有一定程度的无序排列，即水分子间的距离不像冰中那样固定，水分子可以由一个四面体的微晶进入另一微晶中去，所以水在4摄氏度时密度最大。
