L'espansione termica si verifica quando un trasferimento di calore fa cambiare la materia in volume in risposta a un cambiamento di temperatura. Quando una sostanza si riscalda, le particelle al suo interno iniziano a muoversi, creando spazio tra le particelle. Quando lo spazio tra le particelle si espande, la sostanza inizia ad aumentare di dimensioni.
Secondo l'Encyclopædia Britannica, quando il materiale che si sta riscaldando è solido, l'espansione termica di solito causa un cambiamento nella lunghezza o nello spessore della sostanza. I solidi cristallini con la stessa configurazione strutturale si espandono uniformemente in tutte le dimensioni. Se il materiale è un liquido, il suo volume aumenta durante l'espansione termica. Le forze che legano molecole e atomi sono diverse per ogni sostanza, quindi il tipo di cambiamento che si verifica nelle sostanze durante l'espansione termica differisce sempre.
L'opposto dell'espansione termica è la contrazione termica, che fa diminuire le dimensioni di una sostanza man mano che lo spazio tra le sue particelle si riduce. Secondo Penn State College of Engineering, le condizioni ambientali possono causare l'espansione e la contrazione termica in breve tempo. Alcune sostanze subiscono anche un'espansione termica negativa. Ciò si verifica quando un materiale si contrae riscaldato anziché espandersi. Il tungstato di zirconio cubico mostra un'espansione termica negativa quando viene riscaldato.
