Масса m любого вещества равна его объему V, умноженному на его плотность р: m = V х p. Когда вещество нагревается, его масса m не изменяется. Поэтому, когда его объем увеличивается при возрастании температуры, его плотность должна уменьшаться. Это изменение плотности неособенно заметно в твердых телах, но оно весьма важно для жидкостей и газов (текучих), поскольку является причиной возникновения конвекционных потоков. Расширение U-образной трубки не должно приниматься во внимание при рассмотрении расширения жидкости.

Большинство веществ расширяется в равной степени во всех направлениях, хотя и некоторые, например дерево, имеют различную способность к расширению вдоль и поперек волокон. Ясно, что металлический стержень расширяется во всех направлениях одинаково, но поскольку на практике учитывается лишь его длина, то удобно принимать во внимание только расширение вдоль его длины и говорить о линейном расширении.

Биметаллическая пластина является весьма полезным примером применения различного расширения материалов, которое может быть продемонстрировано на примере полоски меди и полоски железа одинаковых размеров, склепанных или спаянных друг с другом и посаженных на деревянную ручку. Заклепка сама по себе является удобным примером для объяснения расширения.  В горячем состоянии ее проталкивают в отверстие в металлических полосках и расклепывают с двух сторон. При охлаждении она сжимается и плотно держит две пластины вместе. 

Сегодня мы рассмотрим еще одну интересную особенность теплового разширение - принцип различного расширения используется при установке стальных ободов на колеса железнодорожного вагона.

Обода нагреваются до тех пор, пока они свободно не наденутся на колеса, когда они охлаждаются, то садятся на колеса очень плотно.

Учитывая эффект расширения, необходимо быть очень точным. При этом важно знать коэффициент линейного расширения используемого материала.

Он определяется как относительное увеличение единицы длины материала при повышении температуры на 1 К и обычно обозначается буквой α: α = увеличение длины / исходная длина х повышение температуры.

Если стальной стержень с площадью поперечного сечения 1 см² нагрет до 100 °С, а затем охлажден без сжатия до 10 °С, то может быть подсчитано, что сила натяжения стержня равна примерно 21 000 Н. С той же силой действовал бы стержень, если бы была сделана попытка предотвратить его расширение при нагреве. 

Когда вещество нагревается, его температура возрастает и обычно увеличивается объем, т. е. оно расширяется. Но есть и исключения, и наиболее примечательное из них — вода. Выше 4 °С вода расширяется по мере роста температуры, но вода также расширяется по мере падения температуры между 4 °С и 0°С. Таким образом, данная масса воды имеет наименьший объем при 4 °С.