Generellt sett gör kyla att volymen av de flesta ämnen minskar. Detta fenomen är känt som termisk kontraktion. Det uppstår på grund av minskningen av den genomsnittliga kinetiska energin för partiklar när temperaturen sjunker. När partiklar rör sig långsammare tar de mindre plats, vilket leder till en minskning av volymen.

Det finns dock några undantag från denna regel. Vatten uppvisar ett ovanligt beteende som kallas "densitetsavvikelse" eller "maximaldensitetsavvikelse". När det gäller vatten når densiteten sitt högsta värde vid cirka 4°C (39,2°F). Under denna temperatur minskar vattnets densitet när det svalnar ytterligare, vilket gör att is som bildas vid 0°C (32°F) flyter på flytande vatten.

I de flesta andra ämnen är den termiska kontraktionen ett linjärt samband. Sammandragningshastigheten per enhetstemperaturförändring är känd som termisk expansionskoefficient (CTE). CTE varierar för olika ämnen och är en grundläggande egenskap som används för att förstå och designa system som genomgår temperaturförändringar.