在4℃時，水的密度為什麼最大，這裏介紹一種比較常見的解釋。
我們知道水的密度比冰的密度大，這是因為液態的水在凝固成冰的時候，分子間的相互作用力使分子按一定的規則排列，每個分子都被四個分子所包圍，形成一個結晶四麵體。這種排列方式是比較鬆散的，使得冰晶體中的分子間的平均距離大於液態水中的分子間的平均距離。在液態水中，分子的排列比較混亂。分子在液態中的運動雖然比在冰中更自由，但分子與分子間的平均距離比在冰中更小，所以水的密度比冰的密度大。
用X射線研究液態水的結構時，發現液態水中在一定程度上還保留著非常微小的冰的晶體。根據推算，在接近0℃的水裏，約包含著0．6％的這種微晶體。當溫度逐漸升高時，這種微晶體逐漸地被破壞，由於這種微晶體有較小的密度，所以微晶體的被破壞就會引起密度的增加。因此，在水中有兩種使密度改變的效應：使密度變小的效應。當溫度升高的時候，水分子的熱運動更劇烈了，分子間的距離變大了，因而引起密度的減小。使密度變大的效應。當溫度升高時，水中的微晶體逐漸地被破壞，引起密度的增大。在4℃以上，水的溫度升高時，第一種效應占優勢，水的密度減小，體積增大。在4℃以下，水的溫度升高時，第二種效應占優勢，水的密度增大，體積減小。因此，水在4℃的時候，密度最大，這就是水的密度反常變化的原因。