Lorsque l'énergie thermique est transférée à l'eau, les molécules d'eau se déplacent plus rapidement et deviennent plus énergiques. Cette énergie accrue fait que l’eau se dilate et devient moins dense. Ainsi, l’eau chaude monte vers le haut du récipient tandis que l’eau froide descend vers le fond.

Lorsque l'énergie thermique est transférée loin de l'eau, les molécules d'eau ralentissent et deviennent moins énergétiques. Cette diminution d’énergie provoque la contraction de l’eau et sa densité. En conséquence, l’eau froide coule au fond du récipient tandis que l’eau chaude monte vers le haut.

Le transfert d’énergie thermique vers et depuis l’eau est important dans de nombreux processus naturels, tels que la circulation des courants océaniques et la formation des nuages.