水在4℃时密度最大，为1.0000 g/cm³；0–4℃热缩冷胀，4–100℃热胀冷缩，且密度变化呈非线性，对水体生态至关重要。

如果您查阅水的物理性质，发现其密度数值随温度变化而呈现非单调特征，则说明您正面对水的反常膨胀现象。以下是关于不同温度下水密度变化的常识性说明：

一、水在4℃时密度最大

水分子间存在氢键缔合结构，导致其密度在特定温度下出现极值。在标准大气压下，纯水密度于3.982℃（通常简化为4℃）达到峰值，为1.0000 g/cm³（或1000 kg/m³）。该温度点是热缩冷胀与热胀冷缩行为的分界点。

1、在0℃至4℃区间，水表现出反常膨胀：温度升高，分子有序氢键网络增强、空隙减小，体积收缩，密度增大；

2、在4℃时，分子排列最紧密，单位体积内质量最大；

3、低于0℃时水结冰，冰中氢键形成六方晶格，体积膨胀，密度降至约0.9167 g/cm³，故冰浮于水面。

二、0℃至4℃区间密度变化特征

此区间内水密度随温度升高而增加，属“热缩冷胀”范畴，与绝大多数物质相反。该特性对自然水体生态具有关键意义，保障冬季湖泊底部维持液态水环境。

1、0℃时水密度约为0.9998 g/cm³；

2、2℃时水密度约为0.9999 g/cm³；

3、4℃时水密度达到1.0000 g/cm³，为理论最大值。

三、4℃至100℃区间密度变化特征

超过4℃后，热运动主导作用增强，分子平均间距随温度上升而扩大，密度呈持续下降趋势，符合一般物质“热胀冷缩”规律。

1、10℃时水密度约为0.9994 g/cm³；

2、20℃时水密度约为0.9980 g/cm³；

3、50℃时水密度约为0.9880 g/cm³；

4、100℃时水密度约为0.9584 g/cm³。

四、密度变化的非线性表现

水的密度—温度关系并非直线函数，其变化速率在不同温区差异显著：0–4℃段变化平缓但方向特殊；4–20℃段下降较快；60℃以上下降速率进一步加快，体现分子动能与结构解离的协同效应。

1、从4℃升至20℃，密度减少约0.0020 g/cm³；

2、从20℃升至40℃，密度减少约0.0058 g/cm³；

3、从40℃升至60℃，密度减少约0.0089 g/cm³。