水在攝氏4度時的密度最大。是因為水分子間有氫鍵締合這樣的特殊結構所決定的。絕大多數的物質有熱脹冷縮的現象，温度越低時體積越小、密度越大，而水在4℃時體積最小、密度最大。因此我們得知水在攝氏4度時的密度最大。
300多年前，人類就已知道水在攝氏4度時密度最大這一現象。雖然這一現象僅僅是由於水的分子結構造成的，但對於水的這種特性，人們至今仍不能作出科學的解釋。
絕大多數物質有熱脹冷縮的現象，温度越低體積越小，密度越大而水在4℃時體積最小，密度最大。
這一現象也可以用水的締合作用加以解釋。接近沸點的水，主要是以簡單分子的狀態存在的。冷卻時一方面由於温度降低，分子熱運動減小，使水分子間的距離縮小。另一方面，由於温度降低，水的締合度增大。這兩個因素都使水的密度增大，温度降低到4.0℃時(嚴格講是3.98℃)，水有最大的密度，最小的體積。
水在4℃時密度最大，是水分子間有氫鍵締合這樣的特殊結構所決定的。根據近代X射線的研究，證明了冰具有四面體的晶體結構。
