Temperatūras izmaiņu rezultātā mainās vielas tilpums. Šo koncepciju sauc par termisko izplešanos. Vielai uzkarstot, tajā esošās daļiņas pārvietojas, kļūstot aktīvākas, paaugstinoties temperatūrai. Šīs aktivitātes dēļ daļiņām ir nepieciešama papildu telpa vienai pret otru, tādējādi palielinot materiāla izmēru. Šī jēdziena aprakstīšanas vienādojums ir pazīstams kā termiskās izplešanās koeficients, un to var definēt ar faktu, ka izplešanās pakāpi dala ar temperatūras izmaiņām materiālā.
Dažu cietu materiālu izmantošana būvniecībā un inženierzinātnēs ir tiešs šīs termiskās izplešanās rezultāts. Nepieciešamība, lai priekšmeti saglabātu savu formu bez lieliem kropļojumiem, izraisa parasto metālu un plastmasas izmantošanas praksi. Piemēram, āmuram ir jāsaglabā sava forma, paaugstinoties temperatūrai, lai novērstu bojājumus. Lai gan šis princips parasti ir patiess, pamatojoties uz izmantotā materiāla veidu, noteiktām struktūrām, piemēram, kristāliem, atkarībā no formas var būt dažādi termiskās izplešanās koeficienti.
Tāpat kā ar negatīvas termiskās izplešanās jēdzienu, tādi apstākļi kā ārkārtējs aukstums izraisa materiālu saraušanos tieši pretēju iemeslu dēļ kā regulāra termiskā izplešanās. Bieži vien kopā ar šīm cietajām vielām ir nepieciešami citi materiāli ar dažādiem koeficientiem. Viens piemērs varētu būt logs, kuram ir nepieciešami gumijas furnitūra, lai novērstu metāla rāmja izplešanos un saraušanos.
Jo cietāks materiāls, jo mazāka ir termiskā izplešanās. Šķidrumi paplašināsies vieglāk nekā cietas vielas. To izraisa fakts, ka, palielinoties enerģijas saitei starp daļiņām, samazinās šo vielu termiskā izplešanās. Turklāt daži materiāli maina izmēru ūdens vai šķīdinātāju absorbcijas vai desorbcijas dēļ.
Atsevišķos materiālu veidos var rasties izplešanās veids, kas pazīstams kā anizotropā izplešanās. Tas nozīmē, ka cietā viela netiks izplesusies vienādi katrā virzienā. Jebkurš materiāls ar vairākiem slāņiem, piemēram, grafīts, parasti izplešas vieglāk perpendikulāri slāņiem, nevis vertikāli pret slāņiem. Tas var būt noderīgi dizaineriem, mēģinot izveidot armatūru, kurai būtu jāpaplašina tikai vienā virzienā, ja tas tiek pakļauts temperatūras izmaiņām.