道路橋樑伸縮縫 用來避免由於熱脹冷縮損壞。 熱脹冷縮 是指物體受熱 時會膨脹 ，遇冷 時會收縮 的特性，其形狀 、體積 、密度 可能因此改變。由於物體內的粒子 的平均動能 是溫度 的遞增函數 ，當溫度上升時，粒子的振動幅度加大，令物體膨脹；但當溫度下降時，粒子的振動幅度便會減少，使物體收縮。
熱脹冷縮是一般物體的特性，但是也有反例：4度以下的水 、銻 、鉍 、鎵 和青銅 等物質，在某些溫度範圍內受熱時收縮，遇冷時會膨脹，恰與一般物體特性相反。因此，水結冰 時，冰是先在水面出現。由於鐵軌 有熱脹冷縮的特性，因此鐵軌連結時須保持一定距離，避免軌道間互相擠壓導致變形。
每上升單位溫度的相對膨脹率（膨脹幅度與原大小之比）稱為热膨胀系数 （英語：coefficient of thermal expansion ，簡稱CTE ），數值越大代表熱膨脹效應越顯著。此系數亦會隨溫度改變。
若系統的状态方程 已知，則可推導出任意溫度和压强 下熱膨脹的數值，還可計出其他态函数 。
若干材料在特定溫度範圍內，加熱反而收縮，謂之熱縮冷脹 矽 在18至120开尔文 之間，熱膨脹系數為負。[ 1]
不同於氣體或液體，固體傾向在熱膨脹期間保持自身形狀。
鍵 較強時，熱膨脹的效果較弱。同時，高鍵能意味着高熔点 ，所以高熔點的物料一般膨脹得較不明顯。作為一般規律，液體略比固體膨脹得多，而玻璃 又略比晶體 膨張得多。[ 2] 無定形物料 出現重組，使熱膨脹系數和比熱 出現獨有的間斷點 。此種間斷點使學者得以量度过冷 液體變為玻璃的相變溫度。[ 3] [ 4]
吸附 或脫附 水（或其他溶劑）亦可改變一些常見物體的體積。對許多有機物料而言，此效應遠大於熱膨脹。常見塑膠若暴露於水，長遠可膨脹多個百分點。
熱膨脹改變物質粒子間的空間大小，所以會改變其體積，而對質量的影響則可以忽略（若考慮質能等價 則不必為零）。如此，物質的密度亦會改變，影響所受浮力 。不均勻受熱液體中，前述因素是對流 的重要成因，所以說熱膨脹是風 和洋流 的成因之一。
热膨胀系数 是溫度每升高一個單位時，物體較原先膨脹的比率。由於物體的大小可以用一個方向的尺寸（長度 ）或體積 衡量，实际应用中，有两种主要的热膨胀系数，分別是：
线性热膨胀系数（coefficient of linear thermal expansion ，簡稱CLTE ，线胀系数）
α
=
1
L
⋅
d
L
d
T
≈
1
L
⋅
Δ
L
Δ
T
,
{\displaystyle \alpha ={\frac {1}{L}}\cdot {\frac {\mathrm {d} L}{\mathrm {d} T}}\approx {\frac {1}{L}}\cdot {\frac {\Delta L}{\Delta T}},}
和体积热膨胀系数：
γ
=
1
V
0
(
∂
V
∂
T
)
p
,
{\displaystyle \gamma ={\frac {1}{V_{0}}}\left({\frac {\partial V}{\partial T}}\right)_{p},}
其中下標
p
{\displaystyle p}
保持壓強不變 。线胀系数是指固态 物质当温度改变1 K （°C 亦同）时，其长度的变化和原长度的比值。各物体的线胀系数不同，一般金属 的线胀系数约在10-6 K-1 的量級。
大多数情况之下，此系数为正值。也就是说温度升高体积扩大。但是也有例外，当水 在0到4摄氏度 之间，会出现反膨胀 。而一些陶瓷材料在温度升高情况下，几乎不发生几何特性变化，其热膨胀系数接近0。
對各向同性 物料，線膨脹系數
α
{\displaystyle \alpha }
γ
{\displaystyle \gamma }
γ
=
3
α
{\displaystyle \gamma =3\alpha }
對常見物料如金屬和化合物，熱膨脹系數與熔點
T
m
{\displaystyle T_{\mathrm {m} }}
反比 。[ 5]
α
≈
0.020
T
m
,
{\displaystyle \alpha \approx {\frac {0.020}{T_{\mathrm {m} }}},}
而對卤化物 和氧化物 則有
α
≈
0.038
T
m
−
7.0
⋅
10
−
6
K
−
1
.
{\displaystyle \alpha \approx {\frac {0.038}{T_{\mathrm {m} }}}-7.0\cdot 10^{-6}\,\mathrm {K} ^{-1}.}
气体为理想气体 。
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