Wasser zeigt eine spezielle Besonderheit, die die Flüssigkeit von anderen Flüssigkeiten abgrenzt.

Wasser hat bei 4° seine größte Dichte.

Dieses Phänomen ist in der Physik unter Anomalie des Wassers bekannt.

Die Dichteanomalie des Wassers ist Lebensnotwendig für das Leben auf der Erde. Da Wasser von 4°C die größte Dichte hat, schwimmt kälteres Wasser auf diesem, so dass im Winter die Temperatur eines Sees am Grund nicht kälter als 4°C wird. Der See friert von oben und nicht von unten zu, so dass es Fischen möglich ist, am Grund des Gewässers zu überwintern.

Reines Wasser besitzt seine höchste Dichte, anders als die meisten Stoffe, nicht am Schmelzpunkt bei 0°Celsius, sondern bei + 4°Celsius.

Dieses Phänomen wird in der Physik auch als Dichteanomalie bezeichnet. 

Wenn Temperaturen über 4° eintreffen, verhält sich das Wasser wie andere Flüssigkeiten und dehnt sich bei der Erhöhung der Temperatur aus, bei einer Niederung der Temperatur verkleinert es sich.

Hier entspricht das Wasser der allgemeinen Physik, trotz der Anomalie des Wassers.

Wasser vergrößert sein Volumen bis zu 0°, wenn es unter 4° abkühlt. Wenn Wasser bei Minusgraden zu gefrieren beginnt, dehnt es sich aus.

Bei 4° haben die Cluster das kleinste Volumen und sind somit sehr dicht zusammen verankert.

Wenn die Temperatur nämlich erhöht wird, dann brauchen die Moleküle bzw. Cluster wieder mehr Bewegungsfreiraum und bauen dadurch auch ein größeres Volumen auf. Es ist genug Energie vorhanden, um Wasserstoffbrückenbindungen zu lösen und somit auch die Dichte zu erhöhen. Die Cluster sind also ständig im Wandel, denn es werden, genauso wie Wasserstoffbrückenbindungen gelöst werden, auch neue hergestellt. Sinkt die Temperatur hingegen, so verändern sich die Cluster ständig, wodurch ebenfalls ein größeres Volumen vonnöten ist.

Bei Minusgraden bildet das Wasser Kristalle. Die Wasserstoffbrückenbindungen befinden sich also nicht mehr im ständigen Wandel, sondern ruhen.

Die Anomalie des Wassers ist nicht nur für geologische Prozesse (Erosion), sondern auch für die Speicherung von Wärme in den Weltmeeren und für die Erhaltung des ökologischen Gleichgewichts in Gewässern von enormer Bedeutung.

Wassermoleküle bestehen jeweils aus einem Sauerstoffatom und zwei Wasserstoffatomen. Die beiden nicht bindenden Elektronenpaare des Sauerstoffatoms führen zu einer Deformation des Tetraederwinkels (ideal 109,5°) zwischen den Wasserstoffatomen und dem Sauerstoffatom. Der Bindungswinkel beträgt daher im Wassermolekül 104,5°.

Aufgrund seiner chemischen Bindungsverhältnisse weist Wasser einige außergewöhnliche Eigenschaften auf, die man als Anomalie des Wassers bezeichnet. Dazu gehören der flüssige Aggregatzustand des Wassers unter Normalbedingungen, die Dichteanomalie und die besonderen Strukturen von Eis. Die Anomalie des Wassers ist nicht nur für geologische Prozesse (Erosion), sondern auch für die Speicherung von Wärme in den Weltmeeren und für die Erhaltung des ökologischen Gleichgewichts in Gewässern von enormer Bedeutung.

Gäbe es das Phänomen der Anomalie des Wassers nicht, so würden viele Lebewesen des Wassers den Winter nicht überleben. 

Wasser ist für das Leben auf der Erde von großer Bedeutung. Es ist Lebensraum für viele unterschiedliche Organismen sowohl im Meereswasser als auch im Süßwasser.
Wasser ist ein gutes Lösungsmittel sowohl für Salze als auch für viele andere Stoffe. Das ist sehr wichtig für das Leben auf der Erde. Beispielsweise liegen die Nährsalze im Boden in Ionen, also in gelöster Form vor. Nur in dieser Form können die Pflanzen die Stoffe über die Wurzel aus dem Boden aufnehmen.

Wasser hat einen großen Anteil an unserem Blut. Da sich viele Stoffe in ihm lösen, ist es auch als Transportmittel innerhalb des Körpers gut geeignet. Auch in Flüssen und Bächen werden viele Stoffe transportiert.

Wasser dehnt sich im Gegensatz zu anderen Stoffen beim Gefrieren aus. Es kommt zu einer Volumenzunahme um 9%.

Der Effekt spielt auch in der Natur eine große Rolle. Als Sonderform der Temperaturverwitterung gilt die Frost (Sprengungs)- Verwitterung. Hier wird die Erosion von Gesteinen durch das häufige Auftauen und Wiedergefrieren des sich in den Hohlräumen des Gesteins befindlichen Wassers verursacht. Dadurch wird der Zerfall des Gesteins stark beschleunigt. In Gebieten mit tageszeitlichem Frostwechsel, beispielsweise in den subpolaren Gebieten der Erde und in den Hochgebirgen, ist diese Verwitterungsform für die Gestaltung des Reliefs besonders bedeutsam.

Ein weiterer Effekt der Dichteanomalie des Wassers besteht darin dass der Dichteunterschied zwischen Wasser mit 24 °C und 25 °C um ein Vielfaches höher ist als der zwischen Wasser mit 4°C und 5°C.