熱膨張と収縮は物体の基本的な特性です。つまり、物体の体積は加熱すると膨張し、冷却すると収縮します。世界中のほとんどのオブジェクトがこのプロパティを持っています。
物質は原子で構成されており、原子は常に動いており、その速度は温度によって変化します.これが物体の熱膨張と収縮の根本的な原因です.固体の基本単位は、格子内の平衡位置の周りで振動する粒子 (原子またはイオン) の格子です。この振動は左右対称の単純調和振動ではなく、非単純調和振動である。
固体が加熱されると粒子の振動が激しくなり、非調和効果の存在により粒子の平衡位置が移動し、隣接する粒子間の平均距離が増加するため、固体の体積が大きくなります。逆に、温度が下がると、粒子の振動が弱まるため、粒子間の平均距離が短くなり、固体の体積が小さくなります。
固体の冷間収縮はよく見られます。例えば、金属の鉄は熱膨張・収縮する性質があるため、レールを敷設する際、温度上昇による熱膨張・伸びでレールが押し出されて変形しないように、一定の隙間を確保する必要があります。同様に、道路に敷かれたセメントも熱で膨張・収縮するので、道路に1本おきに隙間ができることがわかります。
液体にも熱膨張と収縮があり、例えば、一般的に使用されている温度計は、液体の水銀（またはアルコール）の熱膨張と収縮の特性を利用しています。ガスの熱膨張と収縮の現象も随所に見られます。卓球ボールを誤って踏んでしぼんだ場合、沸騰したお湯でやけどをすると、しぼんだところが膨らみます。これは、卓球ボールが加熱されて空気が大きくなったことを示しています。
ただし、ガスが一定の空間で放出されると、空間全体を満たしてしまうため、体積が変化する空間 (気球内のガスなど) でガスの熱膨張と収縮を観察する必要があります。温度が上昇しても、この空間のサイズは変化しませんが、ガスの圧力は上昇します。
