水的密度并非固定不变，而是会随温度、压力等因素变化。其中，温度对水密度的影响尤为显著。0℃至4℃时，水的密度随温度升高而增大：比如0℃时水的密度约为0.99987g/cm³，2℃时约为0.99997g/cm³，直到4℃达到最大值1g/cm³。这一特性被称为“水的反常膨胀”，是由于水分子在低温下形成氢键，排列结构随温度升高逐渐紧密所致。
超过4℃后，水的密度随温度升高而减小：10℃时密度约为0.9997g/cm³，20℃时约0.9982g/cm³，100℃时则降至0.9584g/cm³。压力对水密度的影响较小，通常在标准大气压下可忽略不计，但若处于高压环境如深海，密度会略有增加。不同状态的水，密度也存在差异。固态的冰0℃密度约为0.9167g/cm³，小于液态水，因此冰能漂浮在水面；气态的水蒸气密度则远小于液态，在100℃标准大气压下约为0.6kg/m³，仅为液态水的千分之六。
这一基础数据在生活中应用广泛：实验室中通过密度计算液体体积，工业上利用密度差异进行油水分离，自然界中则因冰的低密度，为水生生物提供了冬季生存的保温层。理水的密度，本质上是理物质微观结构与宏观性质的关联。