在温度4℃上下，水中有两种使密度发生改变的效应：一是由于温度升高，液态水的分子热运动加剧，分子间的平均距离增大，致使水的密度减小；另一种是由于温度升高，水中所含有的冰晶体逐渐熔解，分子间的平均距离减小，致使密度增大。在1大气压（101、325千帕）下，水温低于4℃前，后一种效应占优势；而水温高于4℃后，前一种效应占优势。设想一定质量的水，温度从0℃逐渐升高到5℃，根据上面的分析，水的体积将先减小后增大，密度则先增大后减小，在4℃时体积最小，密度最大。实际上，温度越过4℃以后，冰晶体会越来越少，直至消失，水就进入正常膨胀状态了。