Als Dichteanomalie wird der Effekt bezeichnet, dass die Dichte einiger Stoffe nicht, wie bei den meisten Stoffen, mit abnehmender Temperatur über alle Aggregatzustände hinweg zunimmt, sondern sich unterhalb einer bestimmten Temperatur wieder verringert, der Stoff sich also wieder ausdehnt.

Der wichtigste Stoff, der diese Anomalie aufweist, ist Wasser. Es erreicht seine größte Dichte unter Normaldruck bei 3,98 °C (siehe auch Eigenschaften des Wassers und Anomalie des Wassers).

Durch die Dichteanomalie frieren Gewässer von oben und nur sehr langsam zu, da nur noch geringe Konvektion stattfindet. Hätte das Wasser diese Eigenschaft nicht, würden Süßwasserseen bei Lufttemperaturen unterhalb von 0 °C komplett durchfrieren.

Dichteanomalien treten auch bei den chemischen Elementen Antimon, Bismut, Gallium, Germanium, Plutonium und Silicium sowie unter anderem bei Verbindungen wie Zirkoniumwolframat und Zinkcyanid auf.