摩尔质量
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水（H2O）的摩尔质量为18g·mol⁻¹，即6.02×1023个水分子的质量为18克。重水（D2O）是普通水的氢原子被它更重的同位素(氘)所取代而形成的，摩尔质量为20g·mol⁻¹，其化学性质和普通水基本一致，常用在核反应堆中减速中子。1933年，吉尔伯特·牛顿·刘易斯分离出来第一份纯的重水。超重水（T2O）由两个氚和一個氧組成，摩尔质量为22g·mol⁻¹，半衰期约12年。
纯水密度
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冰和水的密度与温度的关系
冰的密度比液態水要“低”，所以冰會浮在水上。在室溫時，液態水在溫度降低時密度會增加，但在接近冰點的3.98°C 時，水達到其最大密度，而且當水的溫度繼續向冰點下降，在標準狀態下液態水會膨脹，密度並因此會變“低”。這現象的物理原因跟普通冰的晶體結構有關，該結構又被稱為六角形。水、鎵、鉍、銻和硅都會在凝固時膨脹；其他大部份材料則收縮。但要注意的是，並不是所有種類的冰密度都比液態水低。例如高密度非結晶冰和超高密度非結晶冰的密度都比液態純水要高。因此，普通冰密度比水低的理由並不能容易地憑直覺所得，而且它跟氫鍵固有的不尋常特性有很大的關係。
總的來說，水在凝固時的膨脹是由於其以氫鍵不尋常的彈性而排成的縱列分子結構，以及能量特別低的六角形晶體形態（也就是標準狀態下所採用的形態）。那就是當水冷卻的時候，它嘗試在晶格形態下成堆，而該晶格會把鍵的旋轉及振動分量拉長，所以一个水分子会被邻近的几个分子推挤，這實際上就減少了當水在標準狀態下成冰時的水密度ρ。
這特性在地球生態系統中的重要性是不言而喻的。例如，“如果”水凝固的時候密度較高的話，極地環境中的湖泊和海洋最後都會結成冰（從上至下）。這是因為此時冰會沉到湖底及河床，而必要的升溫現象（見下文）在夏季時則因暖水層質量比底下的固態冰層低而發生不了。自然界的一個重要特徵就是上述並不會在環境中自然發生。
然而，冷水（在相關生物系統中的一般自然設定下）因氫鍵而在從冰點以上的3.98°C所開始產生的不尋常膨脹，為淡水生物在冬季提供了一重要的好處。在表面上被冷凍的水沉下，形成提供對流的水流並冷卻整個水體，但當湖水到達4°C 時，若繼續冷卻則表面水密度降低，形成一表面層，該層水最後會凝固成冰。由於向下的冷水流被密度的轉變擋住，冬季任何由淡水所成的大水體最冷的水都會在表面附近，離開湖底及河床。這說明了多種不為人知的冰性質，它們跟湖中的冰相關及像二十世紀早期科學家卡夫特（Horatio D. Craft）所描述的“跌出湖的冰”。
水在不同温度下的密度[13]
温度（°C）
密度（g/cm³）
30
0.9957
20
0.9982
10
0.9997
3.98
1.0000
0
0.9998
−10
0.9982
−20
0.9935
−30
0.9839
注：零度以下是过冷水的密度。
可压缩性
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水的压缩系数随压强和温度变化。在0℃和0气压情况下，水的压缩系数是5.1×107 bar−1。[14] 随着压力的增大，压缩系数不断减小，在0℃达到3.9×107 bar−1。水的本体模量是2.2×109 Pa。[15] 非气体，尤其是水的低可压缩性，使人们往往错误地认为水不可压缩。水的低可压缩性，意味着即便是在4000米深的海底，压强达到4×107 Pa，水的体积也仅仅减少了1.8%。[15]
导电性质
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質子透過水合氫離子和水分子間的一系列氫鍵進行轉移。
不包含任何离子的水是优良的绝缘体，可即使是去离子水也不是完全没有离子的。水在绝对零度以上的任何温度下都会发生自偶电离。由于水是优良的溶剂，所以其中总会含有微量的溶质，多数情况下为无机盐。即使很少量的杂质也会使水导电，因为溶于水中的盐会电离为自由离子。水分子的导电过程被称为格罗特斯机理（Grotthuss mechanism）[16]。
高纯水在饱和压力下的电导率[17]
温度，°C
电导率，μS/m
0.01
1.15
25
5.50
100
76.5
200
299
300
241