通常情況下，物質遵循熱脹冷縮的原理，即溫度升高時，分子的熱運動加劇，導致物質體積增大，密度減小；溫度降低時，分子的熱運動減弱，物質體積減小，密度增大。這是因爲分子或原子在溫度降低時會逐漸安定下來，彼此逐漸接近，從而減小物質的體積，增大密度。
然而，存在一些特例，如水在0℃至4℃之間會表現出反常膨脹的特性，即隨着溫度的降低，水的密度會增大。這是因爲水分子之間存在有方向性的氫鍵。在低溫下，水分子會形成類似冰的結構，通過氫鍵連接成四個水分子，這時水分子的平均距離反而比在高溫下更遠。因此，在0℃至4℃這個溫度範圍內，水的密度會隨着溫度的降低而增大。
這種現象對自然界中的生物有着重要的影響。例如，在冬天的冰面以下，4℃的水密度較大，會沉在下層，而溫度更低的水因爲密度更小會浮在更貼近冰面的位置。這種水的分佈阻礙了水的上下對流，使得冰面不能快速向下生長，從而保護了水中的生物在冬天能夠生存。
總結來說，大多數物質在溫度降低時會表現出密度增大的趨勢，但也有例外，如水在特定溫度範圍內會表現出反常膨脹的特性。這種現象與分子間的相互作用力有關，尤其是水分子之間的氫鍵。