Gdy metal jest podgrzewany, atomy zaczynają wibrować. Ten zwiększony ruch powoduje, że atomy przemieszczają się dalej. Kiedy atomy przemieszczają się dalej, metal rozszerza się. Ta tendencja do rozszerzania się metali po ogrzaniu nazywa się rozszerzalnością cieplną.
Własności rozszerzalności cieplnej mogą stwarzać wyzwania, gdy metal jest używany w rzeczywistych aplikacjach. Kiedy metal jest używany w środowisku, w którym temperatura zmienia się, należy uwzględnić złącza kompensacyjne; w przeciwnym razie metal mógłby się spiąć lub oddzielić. Metalowe mosty często wykorzystują kompensatory z tego powodu. Tory kolejowe są tak zbudowane, że mogą się przesuwać w kierunku siebie nawzajem, ponieważ są ogrzewane, co umożliwia im jazdę kolejową, zamiast zatrzymywać się z powodu deformacji metalu spowodowanej rozszerzaniem się ciepła.
Właściwość rozszerzalności cieplnej pozwala również na pewne unikalne zastosowania metalu. Skurcz i rozprężanie metalowych pasków w termostacie pozwala listwom włączać i wyłączać ciepło. Ogrzewanie metalowej pokrywy gorącą wodą może powodować rozszerzanie się metalu, zwiększając średnicę pokrywy. To łamie pieczęć i pozwala na otwarcie słoika. Jeżeli metal jest ogrzewany przed dopasowaniem go do przedmiotu, można uzyskać ściślejsze dopasowanie po schłodzeniu. Technika ta jest używana przez spawaczy w procesie zwanym dopasowaniem skurczowym.
