在一般情況下，物體總是熱脹冷縮的，可是水卻有例外，水在0~4℃時反而熱縮冷脹。因為低溫液態水中含有冰晶，而冰晶又有特殊的晶體結構。在冰晶中，4個水分子組成1個三角錐體，這種排列方式比較鬆散，體積較大，因此冰晶體比水的密度小，用X射線研究發現:在低溫液態水中確實殘留著非常微小的冰晶體。在0~4℃，隨著溫度的升高，這些冰晶體逐漸融化，所以使含有冰晶的水的體積逐漸縮小。雖然水也隨著溫度的升高而膨脹，但這種作用較小，所以水在0~4℃，隨著溫度的升高總的趨勢是體積縮小。反之，當溫度降低時，體積就會膨脹。
當氣溫降低時，江河湖泊等水域，跟冷空氣直接接觸的水面散熱較快。當水的溫度在4℃以上時，由於熱脹冷縮的關係，表面上溫度較低的水，體積縮小，密度變大，就要不斷下沉;底部溫度較高的水總要不斷上升，形成對流現象。這樣一來，原來上面較冷，下面較熱的水就會達到溫度均勻了。如果氣溫繼續下降，表面的水冷卻到4℃以下時，就變成熱縮冷脹，密度變小，停留在上面，不再下降，最後結成冰。冰層不善於導熱，所以下面的水不易冷卻。這樣，深一點的水域不會一直凍到底，冰底的水可保持在4℃。上面的冰層像一條厚厚的“冰被”，使水下的魚蝦安全過冬。
在一般情況下，物體總是熱脹冷縮的，可是水卻有例外，水在0~4℃時反而熱縮冷脹。因為低溫液態水中含有冰晶，而冰晶又有特殊的晶體結構。在冰晶中，4個水分子組成1個三角錐體，這種排列方式比較鬆散，體積較大，因此冰晶體比水的密度小，用X射線研究發現:在低溫液態水中確實殘留著非常微小的冰晶體。在0~4℃，隨著溫度的升高，這些冰晶體逐漸融化，所以使含有冰晶的水的體積逐漸縮小。雖然水也隨著溫度的升高而膨脹，但這種作用較小，所以水在0~4℃，隨著溫度的升高總的趨勢是體積縮小。反之，當溫度降低時，體積就會膨脹。
當氣溫降低時，江河湖泊等水域，跟冷空氣直接接觸的水面散熱較快。當水的溫度在4℃以上時，由於熱脹冷縮的關係，表面上溫度較低的水，體積縮小，密度變大，就要不斷下沉;底部溫度較高的水總要不斷上升，形成對流現象。這樣一來，原來上面較冷，下面較熱的水就會達到溫度均勻了。如果氣溫繼續下降，表面的水冷卻到4℃以下時，就變成熱縮冷脹，密度變小，停留在上面，不再下降，最後結成冰。冰層不善於導熱，所以下面的水不易冷卻。這樣，深一點的水域不會一直凍到底，冰底的水可保持在4℃。上面的冰層像一條厚厚的“冰被”，使水下的魚蝦安全過冬。