随着温度从0℃上升接近4℃，水分子的热运动加剧，破坏了部分氢键，使得缔合结构解体，分子排列变得更加紧密。因此，在0℃至4℃之间，水温升高，体积缩小，密度增加，呈现出冷胀热缩的特征。
什么是冷胀热缩定律？
这种现象的根源在于水分子内部的结构。水中存在大量单个水分子以及多个水分子通过氢键结合形成的缔合水分子。当温度较低时，氢键作用强，形成较大的缔合结构，导致分子间距变大，密度变小。
通常来说，大家熟知的都是热胀冷缩定律，即物体受热体积膨胀，遇冷体积收缩。但这只是大多数物质的普遍规律，水在特定条件下却是个例外。
当温度超过4℃后，热运动占据主导地位，水分子间距随温度升高而变大，这时水又回归到正常的热胀冷缩规律。所以，水的密度在4℃时达到最大值，这也是它既遵循冷胀热缩又遵循热胀冷缩的原因。
水在0℃到4℃这个温度区间内，表现出一种非常独特的物理现象，被称为反常膨胀。在这个范围内，温度升高，水的密度反而增大，体积缩小，这就是所谓的冷胀热缩。