溫度的重要性主要體現在它對化學反應速率的影響上。不論是在有機界還是無機界，化學反應的前提都是分子間的相互碰撞。在一個溫度很低的體係中，分子表現出惰性，運動速率減慢使它們相互碰撞的幾率降低。而在高溫體係中則截然相反，分子熱運動的加劇大大增加了其相互碰撞的幾率，使得化學反應更加活躍。換句話說，溫度越高，化學反應就能越快地達到其速率極限。但是在有機體中，如果溫度過高，分子的結構將被熱量扭曲，使分子變質。簡單的例子就是食物由生變熟。
溫度和鹽度的共同作用決定了海水的密度。密度即單位體積的質量。鹽度越高，海水中溶解的礦物質也就越多，因此其密度越大。而溫度則從另一方麵影響海水的密度。溫度升高，海水體積膨脹但質量保持不變。因此，水溫越高，海水的密度越小。
由於高密度的水有下沉的趨勢，因此密度是決定海水垂直分布的關鍵因素。高鹽、低溫的海水會漸漸下沉到水柱的底端，而淡水含量多的低鹽、高溫海水則“漂浮”在海麵。海水因密度的不同而發生相對運動，最終會形成諸多不同密度的水層，而每一層都有其特定的密度。大體來說，海麵氣溫降低、海水結冰或蒸發都可以使表層海水的密度升高。由於不同密度的海水不容易混合，因此不同密度層之間的相對運動不會破壞各自的性質。隻有當體係吸收能量時，其中的不同密度層才會相互混合。
水的化學和物理特性水是地球上分布最廣泛的物質之一。水構成了海洋，勾勒出陸地的輪廓，還是生物的主要組成成分。從某方麵來講，水分子又是一個與眾不同的分子，它的特殊性質是由物理結構決定的。
水分子是由三個原子組成的化合物：兩個氫原子和一個氧原子。這三個原子的結合方式，導致形成的水分子一端帶有微量負電荷，另一端帶有微量正電荷。因此水分子是一個極性分子。
一個水分子的帶正電荷的一端會吸引另一個水分子帶負電荷的一端。兩個帶相反電荷的水分子相互吸引，距離足夠近的時候，它們之間會形成化學鍵。這種化學鍵叫做氫鍵。雖然這種分子間的氫鍵比分子內的化學鍵弱，可是已經足以影響水的性質了，氫鍵賦予了水不同尋常的特性。
水是地球上唯一的可以三種物態存在的物質：固態、液態和氣態。因為氫鍵比一般的分子鍵作用力要強，因此把水分子和水分子分開需要大量的能量。正是由於這個原因，水升高溫度或者從一種物態變化到另一種物態，都需要吸收比其他物質更多的能量。
因為水分子彼此緊密相連，所以水的表麵張力很大。表麵張力是描述破壞液體表麵難易程度的物理量。氫鍵使水形成了微弱的薄膜一樣的表層，從而影響水形成波浪和水流的方式。水的表麵張力也對生物造成影響，無論水流中的生物、水下生物還是水表麵的生物，都受到表麵張力的影響。
大氣中的有些氣體能夠溶解在水裏，例如氧氣和二氧化碳，然而並不是所有的氣體都能溶於水。二氧化碳比氧氣更易溶解在水裏，海水中常常溶有大量的二氧化碳。另外，水中的氧氣含量僅僅為大氣中的百分之一。水中的低含氧量能夠限製水生生物的種類和數量。氣體的溶解度還和溫度有關。氣體在低溫的水中溶解度相對較大，因此，低溫水溶有更多的氧氣和二氧化碳。另一方麵，淺水更容易溶解氣體，因為淺水裏，風和波浪能夠把大氣中的氧氣和水混合在一起。此外，生長在淺水中的植物，也能夠通過光合作用放出氧氣。