По сравнению с почвой и воздухом вода отличается гораздо большей термостабильностью, что благоприятно для существования жизни. Сохранению температурной устойчивости воды способствует ее чрезвычайно высокая теплоемкость, равная 4,19 x10 Дж / (КГК) или 1 кал / (гград).
Объяснение такой аномально высокой теплоемкости заключается в том, что часть получаемой тепловой энергии затрачивается на разрыв водородных связей между ассоциированными молекулами. В результате вода медленно охлаждается и нагревается при смене сезонов года, а также времени суток, играя роль важного регулятора температуры. Максимальные колебания ее в Мировом океане не превышают 30-40 ° С, в то время как в почве и на воздухе они могут достигать 110-120 ° С. Повышению термостабильности воды в естественных условиях способствует ее аномальная свойство уменьшать свою плотность с понижением температуры от 4 до 0 ° С (для пресной воды). Расширяясь при замерзании, вода превращается в лед, будучи более легким, чем вода, плавает на ее поверхности и образует теплоизоляционный слой, предупреждает промерзания водоемов.
Зимой подледные холодные воды не погружаются вглубь, плавая на более теплых; летом прогретые воды не опускаются ко дну, где находятся более холодные и потому более плотные воды. Слоистость, образующийся или температурная стратификация, летом предупреждает прогрева до дна даже сравнительно мелких водоемов, а зимой - охлаждение всей водной массы ниже ° 4 С. Например, в рыбоводных прудах глубиной 1-1,5 м разница в температуре воды дна и поверхности может достигать в жаркие дни 710 °. Аномальные свойства, обусловливающие возникновение температурной стратификации, а также сравнительно низкая теплопроводность воды (0,557 Вт / (СМК), или 1,110 кал / (смград)) существенно тормозят выравнивание температурных градиентов в пелагиали водоемов.
Поддержке термостабильности воды способствуют крайне высокие теплота парообразования (2,26 * 106 Дж / кг, или 539 кал / г при 100 ° С) и плавления льда (3,35 х105 Дж / кг или 80 кал / г).
Когда поступление тепла в водоемы усиливается и вода начинает нагреваться, испарения возрастает, вследствие чего повышение температуры замедляется. При охлаждении воды ниже 0 ° С и образовании льда тепло, выделяемое, тормозит дальнейшее понижение температуры.