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，反之亦然。也就是通常所讲的“热胀冷缩”现象。
然而水在由0℃温度升高时，出现了一种特殊的现象。人们通过实验得到了ρ－t曲线，即水的密度随温度变化的曲线。在温度由0℃上升到4℃的过程中，水的密度逐渐加大温度由4℃继续上升的过程中，水的密度逐渐减小水在4℃时的密度最大。水在0℃至4℃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。
物质的密度由物质内分子的平均间距决定。对于水来说，由于水中存在大量单个水分子，也存在多个水分子组合在一起的缔合水分子，而水分子缔合后形成的缔合水分子的分子平均间距变大，所以水的密度由水中缔合水分子的数量、缔合的单个水分子个数决定。具体地说，水的密度由水分子的缔合作用、水分子的热运动两个因素决定。当温度升高时，水分子的热运动加快、缔合作用减弱当温度降低时，水分子的热运动减慢、缔合作用加强。综合考虑两个因素的影响，便可得知水的密度变化规律。
冷胀热缩是什么定律
热胀冷缩与冷胀热缩：水有冷胀热缩现象，也有热胀冷缩规律，，，，热胀冷缩是指物体受热时会膨胀，遇冷时会收缩的特性，这个现象非常普遍，也就是通常所讲的“热胀冷缩”现象。
但是，水在某些温度（4°C以下）范围内受热时收缩，遇冷时会膨胀，恰与一般物质特性相反，这称为冷胀热缩。
