Nyrkkisääntö kuuluu, että lämmin vesi on kevyempää kuin kylmä, mutta se ei ole koko totuus. Makea vesi on raskainta 4 asteen lämpötilassa. Jos siis astiassa on kerroksittain 2-, 3- ja 4-asteista vettä, 4-asteinen on pohjimmaisena.
Veden lämpötila vaikuttaa siihen, miten paljon veden molekyylit liikkuvat. Mitä enemmän molekyylit liikkuvat, sitä suuremman tilan ne täyttävät. Siksi esimerkiksi litran tilavuuteen mahtuu vähemmän vesimolekyylejä 80 asteen lämpötilassa kuin 10 asteessa.
Tiheys muuttuu 4 asteessa
Molekyylien määrä aineessa määrää aineen tiheyden. Lämpimän veden tiheys on siis pienempi kuin kylmän, mutta 4 asteen lämpötilassa tilanne muuttuu.
Silloin vesimolekyylit alkavat asettua niille paikoilleen kidehilaan, johon ne jäävät, kun vesi jäätyy 0 asteessa.
Kiderakenteessa molekyylien välinen etäisyys on suurempi kuin nestemäisessä vedessä. Kun lämpötila painuu alle 4 asteen, tiheys alkaa taas laskea, kun yhä useampi molekyyli asettuu kiteiksi.
Neljän asteen sääntö koskee vain makeaa vettä. Merivedessä suola vaikuttaa niin, että tiheys kasvaa sitä mukaa kuin lämpötila laskee. Siksi lämmin merivesi on aina kevyempää kuin kylmä.
Raskas vesi pitää järven liikkeessä
Talvi
Talvella järven lämpimin vesi on myös raskainta. Raskain eli 4-asteinen vesi asettuu (vihertävä kerros) järven pohjalle. Kylmä vesi hakeutuu pintaan, missä kaikkein kylmin osa siitä jäätyy.
Kevät/syksy
Kun järven vesi lämpenee, vesikerrokset sekoittuvat. Tällöin pintaveden happi ja pohjasta irronneet ravinteet jakautuvat koko vesimassaan.
Kesä
Kesällä järven vesi asettu taas kerroksiksi. Raskain ja kylmin eli 4-asteinen vesi asettuu pohjaan (tummin kerros), ja lämpimin vesi on pinnalla. Jo muutama metri pinnan alla voi olla jopa 10 astetta viileämpää kuin pinnalla.
