在自然界中，水一般以三种形态存在，即固态（冰），液态（水），气态（水蒸气）。
相同气压下，温度高于4℃时，温度越高，水的密度越小；低于4℃高于0℃时，温度越低，水的密度也会越小。如果在0℃以下，也就是冰的状态。水蒸气的密度也会被温度所影响，水的状态也会影响水的密度，液态水的密度大于冰的大于水蒸气的。
这主要由分子排列决定。也就是由氢键导致。由于水分子有很强的极性，能通过氢键结合成缔合分子。液态水，除含有简单的水分子（H₂O）外，同时还含有缔合分子（H₂O）2和（H₂O）3等。
当温度在0℃水未结冰时，大多数水分子是以（H₂O）3的缔合分子存在，分子占据空间相对增大，此时水的密度最小。当温度升高到3.98℃（101.325kPa）时水分子多以（H₂O）2缔合分子形式存在，分子占据空间相对减小，此时水的密度最大。如果温度再继续升高在3.982℃以上，一般物质热胀冷缩的规律即占主导地位了。
水是地球上最常见的物质之一，一般来说水的密度是1g/cm³，，温度为4°C时，密度为1000kg/m3。温度为0°C以下时，密度为0.91g/cm³。
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