Duże ciepło właściwe wody wynika z obecności wielu wiązań wodorowych między jej cząsteczkami. Aby podgrzać, odparować wodę lub stopić lód, należy częściowo lub całkowicie zerwać wiązania wodorowe między cząsteczkami. Aby tego dokonać, potrzebne są duże nakłady energetyczne.

Ważną właściwością wody jest jej rozszerzalność cieplna. Poniżej 0˚C woda zamarza, tworząc lód, który ma krystaliczną strukturę o dużych odległościach pomiędzy cząsteczkami wody i ich regularnym układzie. W związku z tym lód ma większą objętość i mniejszy ciężar właściwy niż woda w stanie płynnym – dlatego wypływa na jej powierzchnię. Z kolei w temperaturze poniżej 6‑8˚C, aż do osiągnięcia temperatury 4˚C, woda coraz bardziej zwiększa swoją gęstość, czyli cząsteczki się do siebie zbliżają. Ta właściwość tłumaczy rozkład temperatur w zbiorniku wodnym zimą: na górze jest lód, a przy dnie, w temperaturze 4˚C, woda o największej gęstości nie zamarza. Dzięki temu organizmy wodne mogą przeżyć zimą pod lodem.