Suyun genleşmesi, fizik kuralları içinde açıklanabilir bir fenomendir. Fizik kurallarına göre, herhangi bir madde ısıtıldığında veya basınç uygulandığında, madde genleşir ve hacminde bir artış meydana gelir. Bu hacim artışı genleşme olarak adlandırılır. Aslında, tüm maddeler bu şekilde genleşir; maddenin katı, sıvı veya gaz halinde olması fark yaratmaz. Ancak, suyun genleşmesi diğer maddelerle karşılaştırıldığında oldukça sıra dışı bir durumu gözler önüne serer.

Su, 0 derece ile +4 derece arasında hacim değişikliği gösterir ve sıcaklık +4 dereceye ulaştığında, suyun hacmi en düşük değere ulaşarak maksimum yoğunluğa sahip olur. Bu sıcaklık aralığında suyun hacmindeki değişiklik, doğa ve yaşam dengesi açısından hayati bir önem taşır. Suyun bu anormal genleşme özelliği, suyun yoğunluk değerinin en düşük seviyeye ulaşmasına neden olur. Bu özellik, doğadaki birçok ekosistemin devamlılığı açısından kritik bir rol oynar.

Su, 0 derecenin altına düştüğünde de genleşmeye devam eder ve hacminde artış olur. Bu durum, donan suyun genleşmesi olarak bilinir ve buzun suda batmamasının temel nedenidir. Eğer buz, sudan daha ağır olsaydı, kışın hava sıcaklığı 0 derecenin altına düştüğünde, denizler ve göller tamamen donardı. Ancak, suyun bu anormal genleşme özelliği sayesinde, göl ve denizlerin sadece üst tabakası donar ve alttaki su tabakası sıvı halde kalır. Bu sayede, su ekosistemlerinde yaşam devam eder.

Suyun genleşmesi sırasında gözlenen fiziksel anomaliler şu şekilde özetlenebilir: