Z uwagi na istnienie izotopów tlenu i wodoru istnieje możliwość występowania cząsteczek H₂O o różnych masach cząsteczkowych. W przyrodzie występuje jednak najczęściej ¹H₂¹⁶O. Cząsteczka wody jest cząsteczką dipolową (biegunowo polarną), czego skutkiem jest asocjacja wody powodująca wiele anomalii, w porównaniu z innymi cząsteczkami.

Pierwszą z nich jest gęstość wody, której największą wartość można odnotować w temperaturze +3,98⁰C. Ze wzrostem i spadkiem temperatury maleją asocjacje wody, a wraz z nimi stopniowo zmniejsza się gęstość wody. Jest to bardzo istotna cecha, dzięki której lód, jako lżejszy, w zbiornikach wodnych tworzy się na ich powierzchni, a w wodzie pod pokrywą lodową, mogą w okresie zimowym żyć organizmy wodne.

Do innych anomalii zalicza się:

- obniżanie się temperatury zamarzania wody przy wzroście ciśnienia

- duże wartości napięcia powierzchniowego i ciepła parowania

- wzrost objętości wody o około 10% przy zamarzaniu

Inne dane:

- Temperatura topnienia pod ciśnieniem 1 atm: 0 ⁰C = 273,152519 K

- Temperatura wrzenia pod ciśnieniem 1 atm: 99,97⁰C = 373,12 K

- Punkt potrójny 0,01⁰C = 273,16 K, 611,657 Pa

- Gęstość w temperaturze 3,98⁰C: 1 kg/l (gęstość maksymalna).

- Temperatura krytyczna: 374⁰C = 647,15 K

- Ciśnienie krytyczne: 220,6 atm = 22,35 MPa

- Ciepło właściwe: 4187 J/(kg*K) = 1 kcal

- Masa cząsteczkowa: 18,01524 Da

- Stała dielektryczna w stałym polu elektrycznym: 87,9 (0⁰C), 78,4 (25⁰C), 55,6 (100⁰C)