在一般情况下，当物体的温度升高时，物体的体积膨胀、密度减小，也就是通常所讲的“热胀冷缩”现象。然而水在由0摄氏度温度升高时，出现了一种特殊的现象。在温度由0摄氏度上升到4摄氏度的过程中，水的密度逐渐加大；温度由4摄氏度继续上升的合过程中，水的密度逐渐减小；水在4摄氏度时的密度最大；水在0摄氏度至14摄氏度的范围内，呈现出“冷胀热缩”的现象，称为反常膨胀。水的反常膨胀现象可以用氢键、缔合水分子理论予以解释。
