När ett material värms upp får molekylerna kinetisk energi och rör sig snabbare. Detta gör att de kolliderar med varandra oftare, vilket ökar utrymmet mellan dem. Som ett resultat expanderar materialet.

Storleken på expansionen beror på materialet. Material med hög värmeutvidgningskoefficient, såsom metaller, expanderar mer än material med låg värmeutvidgningskoefficient, såsom glas.

Termisk expansion är en viktig faktor i många tekniska tillämpningar. Till exempel måste broar och byggnader utformas för att ta emot expansion och sammandragning av de material som används i deras konstruktion.