Le métal se dilate lorsqu'il est chauffé car une augmentation de la température est en fait une augmentation de la vibration des atomes qui composent le métal, et cette vibration force légèrement les atomes à s'écarter. À moins qu'un changement de phase ne se produise, le l'augmentation de la distance n'est pas suffisante pour briser la structure en réseau entre les atomes. La dilatation thermique est un phénomène observé dans la plupart des matériaux et pas seulement dans les métaux.
La dilatation thermique est une propriété importante de nombreux matériaux, et peu de matériaux rompent le schéma de dilatation lorsqu'ils augmentent en température. Cependant, l'eau solide et, à basse température, même l'eau liquide, rétrécit en se réchauffant. L'eau est une exception, cependant, avec une structure moléculaire et des propriétés relativement uniques qui font que son état solide est moins dense que son état liquide.
L'expansion thermique n'est pas seulement une propriété commune mais aussi une propriété importante. Différents métaux se dilatent à des vitesses différentes avec le changement de température, ce qui est une caractéristique utilisée dans les thermomètres à bilame. Alors que la dilatation thermique est utile de cette manière, c'est aussi souvent un problème dans la construction, en particulier lorsque plusieurs matériaux différents sont utilisés ou lorsque le chauffage est susceptible d'être inégal. Le rétrécissement et l'expansion des métaux produisent des contraintes dans les structures, ce qui peut entraîner une instabilité structurelle au fil du temps.
