Zarówno gorąca, jak i zimna woda są ciekłymi formami H2O, ale mają różne gęstości ze względu na wpływ ciepła na cząsteczki wody. Chociaż różnica w gęstości jest niewielka, ma ona znaczący wpływ na zjawiska naturalne, takie jak prądy oceaniczne, gdzie prądy ciepłe mają tendencję do wznoszenia się ponad zimne.
Gęstość wody
Zimna woda jest zawsze gęstsza niż ciepła woda; zmiana gęstości wynosi około 4 dziesiątych jednego procenta między temperaturą bliską zera a 30 stopniami Celsjusza (86 stopni Fahrenheita). Różnica, choć niewielka, pozwala, by ciepła woda „unosiła się” nad zimną wodą, co jest zjawiskiem, które występuje na co dzień w oceanach świata.
Gęstość ciepłej wody
Powodem, dla którego ciepła woda jest mniej gęsta niż zimna, jest samo ciepło. Kiedy ciepło jest wprowadzane do wody (ze źródła takiego jak Słońce), jej cząsteczki są wzbudzane energią. Zaczynają poruszać się szybciej, więc kiedy wpadają na siebie, odbijają się dalej. Zwiększona przestrzeń między szybko poruszającymi się cząsteczkami zmniejsza gęstość.
Gęstość zimnej wody
Zimna woda ma większą gęstość niż gorąca, ponieważ jej cząsteczki wody są wolniejsze; wibracje i ruchy są wolniejsze i mniej energiczne. Cząsteczki mniej się odbijają i przepychają, dzięki czemu więcej może się zmieścić na mniejszej przestrzeni. Ponieważ są one gęściej upakowane, gęstość wody jest większa.
Konwekcja wody
Ponieważ ciepła woda jest mniej gęsta, gdy spotykają się ciepło i zimno, ciepła woda unosi się do góry; naukowcy nazywają to „konwekcją”. Proces ten tworzy czasem cykl, w którym woda na powierzchni jeziora jest podgrzewana w ciągu dnia, następnie ochładza się i opada w nocy, tworząc powolną, ciągłą cyrkulację z głębin na powierzchnię iz powrotem jeszcze raz.
Prądy oceaniczne
Masy ciepłej wody wznoszą się ponad zimną wodę w oceanach świata. Pod wpływem prądów ciepła, tropikalna woda jest przemieszczana w kierunku biegunów ruchem taśmociągu, a pod spodem znajduje się zimna woda. Podział temperatur nazywa się termoklimatem. Prąd Zatokowy jest przykładem tego zjawiska, a cykl podnoszenia ciepłej wody tropikalnej wpływa również na klimat na dużych obszarach geograficznych. Na przykład Londyn nie jest tak zimny jak Calgary, mimo że znajduje się na tej samej szerokości geograficznej, ponieważ korzysta z Prądu Zatokowego. Jednak wody oceaniczne nie zawsze poruszają się spokojnie. Czasami, gdy spotykają się gorąca i zimna woda (i masy powietrza), skutkiem jest burza, a nawet huragan.