El metal se expande cuando se calienta porque un aumento en la temperatura es en realidad un aumento en la vibración de los átomos que componen el metal, y esta vibración hace que los átomos se separen ligeramente. A menos que ocurra un cambio de fase, el aumento de la distancia no es suficiente para romper la estructura de la red entre los átomos. La expansión térmica es un fenómeno observado en la mayoría de los materiales y no solo en los metales.
La expansión térmica es una propiedad importante de muchos materiales, y pocos materiales rompen el patrón de expansión a medida que aumentan la temperatura. Sin embargo, el agua sólida y, a bajas temperaturas, incluso el agua líquida, en realidad se encoge a medida que se calienta. El agua es una excepción, sin embargo, con una estructura molecular y propiedades relativamente únicas que hacen que su estado sólido sea menos denso que su estado líquido.
La expansión térmica no solo es una propiedad común sino también importante. Diferentes metales se expanden a diferentes velocidades con el cambio de temperatura, que es una característica utilizada en los termómetros de tira bimetálica. Si bien la expansión térmica es útil de esta manera, a menudo también es un problema en la construcción, particularmente cuando se utilizan varios materiales diferentes o cuando es probable que el calentamiento sea desigual. El encogimiento y la expansión de los metales producen tensiones en las estructuras, que pueden causar inestabilidad estructural con el tiempo.
