水的相圖

水是地球表面儲存最豐富、分布最廣泛的液體，也是形成地球氣候系統最重要的物質。水在汽-液-固三相之間轉化時，可以吸收或釋放大量的熱量，保證地球表面溫度長期穩定在一個相對狹窄的範圍之內。正是這樣的地球氣候系統的長期穩定存在，才孕育出地球生態系統。

常溫常壓下，水是具有一定揮發性的流動液體，密度略小於1 g/cm³。溫度降低到0 ℃時，水就會凝結為固體，形成所謂的冰。與大多數物質不同的是，水凝結為固體後的體積增大、密度降低。事實上，水的密度降低在液態已經開始。如果從室溫開始冷卻液體水，就會發現水的密度開始時會略有增大，到約3.98 ℃（該溫度稱為最大密度溫度，the temperature of maximum density, T_md）時達到最大值1.000 g/cm³。然後，水的密度開始降低，在冰點發生突變降為0.917 g/cm³。水的密度的反常變化，與水分子之間形成的氫鍵網路密切相關。低溫下，水分子之間形成更多的氫鍵，結構更加有序，也更加空曠。

高壓下，固體水的空曠的氫鍵網路結構逐漸被壓垮；因此，水的高壓固態相圖異常豐富，目前已發現多達16個不同的固態相，對應各種不同的氫鍵網路結構。

在大氣壓力下，液體水的沸點是100℃。歷史上，水的冰點到沸點的溫度，被用於定義溫標。比如，在攝氏溫標中，冰點被定義為0℃，沸點被定義為100℃；在華氏溫標中，冰點和沸點的溫度分別被定義為32℉和212℉。目前的熱力學溫標雖然已經不再使用水的冰點和沸點定義溫標，但使用水的另一個性質，即水的三相點定義為熱力學溫標的273.16 K。水在科學上的重要性，還可以從比重的單位和熱量的單位得到反映。歷史上，物體的密度，通過與4℃時與水的密度之比表達，稱為比重。而熱量的單位卡（calorie）是一定溫度下，1 g水升高1℃時所吸收的熱量（不同版本的卡，測量溫度不同）。