Είναι γνωστό ότι ο πάγος επιπλέει στο υγρό νερό καθώς η πυκνότητα του νερού σε στερεή κατάσταση είναι μικρότερη από αυτήν στην υγρή κατάσταση. Έτσι, ο πάγος που επιπλέει λειτουργεί ως μόνωση και παρεμποδίζει τη στερεοποίηση του υποκείμενου νερού, εξασφαλίζοντας έτσι τη ζωή των υδρόβιων οργανισμών θάλασσες, τις λίμνες και τα ποτάμια, ακόμη και στον πυθμένα τους, αλλά και στην Πολική ζώνη.

Μια άλλη ιδιόμορφη συμπεριφορά του νερού είναι η μεταβολή της πυκνότητας του υγρού νερού με τη θερμοκρασία. Γνωρίζουμε ότι όταν θερμαίνονται τα υγρά διαστέλλονται, δηλαδή μειώνεται η πυκνότητα τους. Αυτό συμβαίνει πάνω-κάτω και με το υγρό νερό, του οποίου η πυκνότητα μειώνεται από τους 0 °C έως και τους 100 °C, όπως φαίνεται στο παρακάτω διάγραμμα στα δεξιά.

Από μια προσεκτική ματιά όμως στο παρακάτω διάγραμμα στην περιοχή θερμοκρασίας 0 °C - 10 °C (αριστερά), προκύπτει μια πολύ παράξενη συμπεριφορά. Συγκεκριμένα, η πυκνότητα κατά την θέρμανση από τους 0 °C έως τους 4 °C αυξάνεται (!) και στη συνέχεια η πυκνότητα μειώνεται φυσιολογικά μέχρι τους 100 °C. Δηλαδή το νερό συστέλλεται καθώς θερμαίνεται (ανώμαλη συστολή!) από τους 0 °C έως τους 4 °C και στη συνέχεια πάνω από τους 4 °C και μέχρι τη θερμοκρασία βρασμού των 100 °C διαστέλλεται κανονικά. Έτσι, εξαιτίας αυτής της ανώμαλης συμπεριφοράς μια ορισμένη μάζα νερού στους 4 °C έχει το μικρότερο δυνατό όγκο και άρα τη μεγαλύτερη δυνατή πυκνότητα.

Το φαινόμενο της ανώμαλης διαστολής του νερού έχει τεράστια οικολογική σημασία σε ότι αφορά την υδρόβια ζωή σε λίμνες και θάλασσες.

Στο παρακάτω σχήμα φαίνεται ενδεικτικά η θερμοκρασία των υδάτων μιας λίμνης από την επιφάνεια μέχρι τον πυθμένα κατά το καλοκαίρι και τον χειμώνα.

Το καλοκαίρι το νερό στην επιφάνεια θερμαίνεται από την επαφή του με την ατμόσφαιρα π.χ. στους 15 °C και η θερμοκρασία του μειώνεται καθώς πλησιάζουμε τον πυθμένα. Αυτό είναι φυσιολογικό. Καθώς το νερό γίνεται θερμότερο, όπως κάθε υγρό διαστέλλεται, η πυκνότητα του μειώνεται και υπέρκειται του ψυχρότερου νερού. Ας δούμε όμως τι συμβαίνει, όταν κατά τη διάρκεια του χειμώνα η θερμοκρασία της επιφάνειας του νερού ελαττώνεται και σχηματίζεται πάγος στην επιφάνεια της λίμνης. Καθώς το υποκείμενο του πάγου νερό ψύχεται, μόλις η θερμοκρασία του επιφανειακού στρώματος φθάσει στους 4 °C, αυτό το στρώμα ως πυκνότερο βυθίζεται προς τον πυθμένα, ενώ ο νερό μικρότερης θερμοκρασίας έχει μικρότερη πυκνότητα και επιπλέει. Η μεταβολή της θερμοκρασίας τώρα αντιστρέφεται.

Το επιφανειακό νερό κάτω από τον πάγο μπορεί να έχει θερμοκρασία ακόμη και 0 °C, αλλά στο εσωτερικό της η θερμοκρασία είναι μεγαλύτερη και μάλιστα 4 °C στον πυθμένα και το νερό διατηρείται στην υγρή του μορφή. Έτσι όχι μόνο δεν παγώνει η λίμνη σε όλο της το βάθος, αλλά και διατηρούνται εν ζωή οι υδρόβιοι οργανισμοί στον πυθμένα υδάτινων μαζών (λιμνών και θαλασσών) ακόμα και αν αυτοί καλύπτονται από πάγο.