Metall dehnt sich beim Erhitzen aus, weil eine Temperaturerhöhung eigentlich eine Zunahme der Schwingung der Atome ist, aus denen das Metall besteht, und diese Schwingung zwingt die Atome leicht auseinander. Sofern keine Phasenänderung auftritt, ist die Ein größerer Abstand reicht nicht aus, um die Gitterstruktur zwischen den Atomen zu durchbrechen. Die Wärmeausdehnung ist ein Phänomen, das bei den meisten Materialien und nicht nur bei Metallen beobachtet wird.
Die Wärmeausdehnung ist eine wichtige Eigenschaft vieler Materialien, und nur wenige Materialien unterbrechen das Ausdehnungsmuster bei Temperaturerhöhung. Festes Wasser und bei niedrigen Temperaturen sogar flüssiges Wasser schrumpft jedoch beim Erhitzen. Wasser ist jedoch eine Ausnahme mit einer relativ einzigartigen molekularen Struktur und Eigenschaften, die dazu führen, dass sein fester Zustand weniger dicht ist als sein flüssiger Zustand.
Die Wärmeausdehnung ist nicht nur eine gemeinsame Eigenschaft, sondern auch eine wichtige. Unterschiedliche Metalle dehnen sich bei Temperaturänderung unterschiedlich schnell aus, was bei Bimetall-Thermometern zum Einsatz kommt. Während die Wärmeausdehnung auf diese Weise nützlich ist, stellt sie auch häufig ein Problem im Bauwesen dar, insbesondere wenn mehrere verschiedene Materialien verwendet werden oder wenn die Erwärmung wahrscheinlich ungleichmäßig ist. Schrumpfende und expandierende Metalle erzeugen Spannungen in Strukturen, die im Laufe der Zeit zu struktureller Instabilität führen können.
