Varmt og koldt vand er begge flydende former for H2O, men de har forskellige densiteter på grund af effekten af varme på vandmolekyler. Selvom densitetsforskellen er lille, har den en betydelig indflydelse på naturlige fænomener som havstrømme, hvor varme strømme har tendens til at stige over kolde.
Vandtæthed
Koldt vand er altid tættere end varmt vand; densitetsændringen udgør ca. 4 tiendedele af en procent mellem næsten frysning og 30 grader Celsius (86 grader Fahrenheit). Skønt den er lille, tillader forskellen varmt vand at "flyde" oven på koldt vand, et fænomen, der opstår hver dag i verdens oceaner.
Densitet af varmt vand
Årsagen til, at varmt vand er mindre tæt end koldt vand, er selve varmen. Når varme indføres i vand (fra en kilde som solen), er dets molekyler ophidset af energien. De begynder at bevæge sig hurtigere, så når de støder på hinanden, hopper de længere væk. Det øgede rum mellem de hurtigt bevægende molekyler mindsker tætheden.
Densitet af koldt vand
Koldt vand har større tæthed end varmt, fordi dets vandmolekyler er mere træg; vibrationer og bevægelser er langsommere og mindre energiske. Molekylerne hopper og skubber hinanden mindre, så flere kan passe sammen i et mindre rum. Fordi de er pakket tættere sammen, er vandets tæthed større.
Konvektion af vand
Fordi varmt vand er mindre tæt, når varmt og koldt mødes, stiger varmt vand op til toppen; forskere kalder dette "konvektion." Denne proces skaber undertiden en cyklus, hvor vand ved overfladen af en sø opvarmes i løbet af dagen, afkøles og synker om natten, hvilket skaber en langsom, kontinuerlig cirkulation fra dybden til overfladen og tilbage igen.
Havstrømme
Masser af varmt vand stiger over koldt vand i verdenshavene. I givet fald strømmer varmt, tropisk vand mod polerne i en bevægelse som et transportbånd med koldt vand nedenunder. Opdelingen i temperaturer kaldes termoklim. Golfstrømmen er et eksempel på dette fænomen, og denne cyklus med at bringe varmt tropisk vand op påvirker også klimaet i store geografiske områder. London er for eksempel ikke så koldt som Calgary, selvom det har samme breddegrad, fordi det drager fordel af Golfstrømmen. Havvand bevæger sig dog ikke altid fredeligt. Nogle gange, når varmt og koldt vand (og luftmasser) mødes, er resultatet en storm eller endda en orkan.