水不是在4度开始结冰。许多物体都是热胀冷缩，水在4℃以上时也是由于热胀冷缩，但是当水在4摄氏度时密度至大且4℃以下有反胀现象，也就是当河水开始降温时，4℃的水在下面，而温度更低的水反而在上面，而且温度越低越靠水面，所以结冰总是从河面开始。

水是热的不良导体，它传热主要靠对流，当河底下水达到4摄氏度时，对流基本停止，河面上的冷空气就很难影响到河底。严寒的冬天，与冷空气直接接触的水总是水面散热相当快，当水的温度在4℃以上时，因为热胀冷缩的关系，表面温度相当低的水，总要不停下沉，底部温度较高的水总要不断上升，从而形成对流现象。

如此一来原来上面相当冷下面相当暖的水很快就会达到温度均匀，假如继续冷却，等到表面上的水冷到4℃以下时，它就变成热缩冷胀，表面上的水反而比表面上的冰来得更轻，也就不再产生对流现象。

因为没有了对流，水的温度很不容易均匀，在十分深的水里，尽管表面上的水已冷到0℃，但是底部的水还可能继续保持在4℃左右，所以总是表面的水先结冰。