Lorsque le métal est chauffé, les atomes commencent à vibrer. Ce mouvement accru fait que les atomes s'éloignent les uns des autres. Lorsque les atomes s'éloignent les uns des autres, le métal se dilate. Cette tendance des métaux à se dilater lorsqu'ils sont chauffés est appelée dilatation thermique.
La propriété de dilatation thermique peut créer des problèmes lorsque le métal est utilisé dans des applications réelles. Lorsque le métal est utilisé dans un environnement où la température fluctue, des joints de dilatation doivent être inclus ; sinon, le métal se déformerait ou se séparerait. Les ponts métalliques utilisent souvent des joints de dilatation pour cette raison. Les voies ferrées sont construites de manière à pouvoir glisser l'une vers l'autre lorsqu'elles sont chauffées, permettant aux wagons de continuer leur chemin au lieu de s'arrêter en raison de la déformation du métal causée par la dilatation thermique.
La propriété de dilatation thermique permet également certaines applications uniques du métal. La contraction et l'expansion des bandes métalliques dans un thermostat permettent aux bandes d'allumer et d'éteindre la chaleur. Chauffer un couvercle en métal avec de l'eau chaude peut provoquer l'expansion du métal, ce qui augmente le diamètre du couvercle. Cela brise le sceau et permet d'ouvrir le pot. Si un métal est chauffé avant d'être ajusté à un objet, un ajustement plus serré peut être obtenu lors du refroidissement. Cette technique est utilisée par les soudeurs dans un processus appelé frettage.
