Топлата и студената вода са и двете течни форми на H2O, но те имат различна плътност поради ефекта на топлината върху водните молекули. Въпреки че разликата в плътността е малка, тя има значително влияние върху природните явления като океанските течения, където топлите течения са склонни да се издигат над студените.
Плътност на водата
Студената вода винаги е по-плътна от топлата; промяната на плътността възлиза на около 4 десети от един процент между почти замръзване и 30 градуса по Целзий (86 градуса по Фаренхайт). Макар и малка, разликата позволява на топлата вода да "плава" върху студена вода, явление, което се случва всеки ден в световния океан.
Плътност на топлата вода
Причината, поради която топлата вода е по-малко плътна от студената, е самата топлина. Когато топлината се въведе във водата (от източник като Слънцето), нейните молекули се възбуждат от енергията. Те започват да се движат по-бързо, така че когато се блъснат един в друг, те отскачат по-далеч. Увеличеното пространство между бързо движещите се молекули намалява плътността.
Плътност на студената вода
Студената вода има по-голяма плътност от горещата, защото нейните молекули на водата са по-мудни; вибрациите и движенията са по-бавни и по-малко енергични. Молекулите се подскачат и блъскат по-малко, така че повече могат да се съберат в по-малко пространство. Тъй като те са опаковани по-плътно, плътността на водата е по-голяма.
Конвекция на вода
Тъй като топлата вода е по-малко гъста, когато се срещнат топла и студена, топлата вода се издига до върха; учените наричат това „конвекция“. Този процес понякога създава цикъл, при който водата на повърхността на езерото се загрява през деня, след това се охлажда и потъва през нощта, създавайки бавна, непрекъсната циркулация от дълбините към повърхността и обратно отново.
Океански течения
Маси топла вода се издигат над студената вода в световния океан. При дадени течения топлата тропическа вода се премества към полюсите в движение като конвейер, а отдолу студени води. Разделението в температурите се нарича термоклима. Гълфстриймът е пример за това явление и този цикъл на издигане на топла тропическа вода също влияе на климата в големи географски райони. Лондон, например, не е толкова студен като Калгари, въпреки че е със същата географска ширина, защото има полза от Гълфстрийм. Океанската вода обаче не винаги движи това спокойно. Понякога, когато се срещнат топла и студена вода (и въздушни маси), резултатът е буря или дори ураган.