水會膨脹是因爲在0°C到4°C的溫度範圍內，水分子通過氫鍵形成一種特殊的結構，導致水錶現出與常規熱脹冷縮相反的反常膨脹現象。
在0°C到4°C時，隨着溫度的升高，水分子的活動增加，但氫鍵的形成也使得水分子的排列變得更加緊密，導致體積略微減小。當溫度超過4°C時，水分子之間的氫鍵開始斷裂，水分子的活動加劇，導致體積增大，密度減小。這種反常膨脹的特性有助於解釋爲什麼水可以在低溫下保持液態，而不會凍結，同時也解釋了爲什麼冰在融化時會比原來體積稍大，因爲融化過程中，冰晶間的氫鍵被破壞，分子間的距離增大。