复杂点来说，水在4℃时密度最大，是由于水分子间有氢键缔合这样的特殊结构所决定的。
根据近代X射线的研究，证明了冰具有四面体的晶体结构。
这个四面体是通过氢键形成的，是一个敞开式的松弛结构，因为五个水分子不能把全部四面体的体积占完，在冰中氢键把这些四面体联系起来，成为一个整体。
这种通过氢键形成的定向有序排列，空间利用率较小，约占34％、因此冰的密度较小。
水溶解时拆散了大量的氢键，使整体化为四面体集团和零星的较小的“水分子集团”(即由氢键缔合形成的一些缔合分子)，故液态水已经不象冰那样完全是有序排列了，而是有一定程度的无序排列，即水分子间的距离不象冰中那样固定，H2O分子可以由一个四面体的微晶进入另一微晶中去。
这样分子间的空隙减少，密度就增大了。
温度升高时，水分子的四面体集团不断被破坏，分子无序排列增多，使密度增大。
这两个矛盾的因素在4℃时达到平衡，因此，在4℃时水的密度最大。
过了4℃后，分子的热运动使分子间的距离增大的因素，就占优势了，水的密度又开始减小。
水本身并不能防止氧化，但是水分子中的氢原子可以被还原，而氧原子可以被氧化。当水分子被氧化时，它变成氧气和氢离子，而氧气是可以在水中溶解的。因此，在水中，氧气和氢离子可以相互交换，形成一个平衡状态，从而防止水分子被进一步氧化。
此外，水中的氧气还可以与金属表面的氧化物反应，形成一层保护膜，从而防止金属被氧化。
水在冷冻条件下细菌快速繁殖的原因可能是以下几个方面：
1. 低温不会杀死所有细菌：虽然低温可以抑制细菌的生长，但并不会彻底杀死所有细菌。某些细菌株对低温有较高的耐受性，可以在低温下存活并繁殖。
2. 冻结过程中的温度变化：在冷冻过程中，水中的温度并非持续恒定，可能会经历一系列的温度变化。这种温度变化可能会刺激细菌的生长和繁殖。
3. 冻结后的水结构改变：水在冻结过程中会形成冰晶，冰晶的形成会导致水分子在晶格中排列紧密，从而改变了原本液态水中的微观环境。这种环境改变可能会对细菌的生长提供一定的利基条件。
4. 潜伏期的影响：有些细菌具有潜伏期的特性，即在适宜的条件下，可以处于休眠状态，等待恢复适宜的条件后再进行繁殖。在冻结水中的细菌可能处于类似的潜伏状态，当水再次解冻或提供适宜的条件时，它们会迅速复苏并开始繁殖。
需要注意的是，虽然细菌在冻结的条件下可能会快速繁殖，但整体上低温仍然是一种抑制细菌生长的条件。因此，将食品或水等暴露在低温环境下并不会降低细菌生长的风险，反而可能增加细菌滋生的机会。因此，在储存食品或水时，仍然需要采取适当的防护措施和保持适宜的温度以防止细菌的繁殖。