Zaradi temperaturnih sprememb se snov spremeni v prostornini. Ta koncept je znan kot toplotna ekspanzija. Ko se snov segreje, se delci v njej premikajo in postanejo bolj aktivni, ko se temperatura dvigne. Ta aktivnost povzroči, da delci potrebujejo dodaten prostor med seboj, kar poveča velikost materiala. Enačba za opis tega koncepta je znana kot koeficient toplotnega raztezanja in jo je mogoče opredeliti z dejstvom, da je stopnja raztezanja deljena s spremembo temperature v materialu.
Uporaba določenih trdnih materialov v gradbeništvu in inženiringu je neposredna posledica tega toplotnega raztezanja. Potreba po tem, da predmeti ohranijo svojo obliko brez večjih popačenj, je posledica običajne prakse uporabe kovin in plastike. Na primer, kladivo mora ohraniti svojo obliko, ko se temperature dvignejo, da se prepreči poškodba. Čeprav to načelo na splošno velja glede na vrsto uporabljenega materiala, lahko nekatere strukture, kot so kristali, imajo različne koeficiente toplotnega raztezanja, odvisno od oblike.
Podobno kot pri konceptu negativnega toplotnega raztezanja pogoji, kot je ekstremni mraz, povzročajo krčenje materialov iz ravno nasprotnih razlogov kot redno toplotno raztezanje. Pogosto so v povezavi s temi trdnimi snovmi potrebni drugi materiali z različnimi koeficienti. En primer bi bilo okno, ki potrebuje gumijasto okovje, da prepreči širjenje in krčenje kovinskega okvirja.
Trši kot je material, manjša je toplotna ekspanzija. Tekočine se bodo hitreje razširile kot trdne snovi. To je posledica dejstva, da se s povečanjem energijske vezi med delci toplotno raztezanje teh snovi zmanjša. Poleg tega nekateri materiali spremenijo velikost zaradi absorpcije ali desorpcije vode ali topil.
V določenih vrstah materialov se lahko pojavi vrsta raztezanja, znana kot anizotropna ekspanzija. To pomeni, da se trdna snov ne bo širila povsem enako v vsako smer. Vsak material s številnimi plastmi, kot je grafit, se običajno hitreje širi pravokotno s plastmi in ne navpično proti slojem. To je lahko koristno za oblikovalce, ko poskušajo izdelati okovje, ki bi se moralo razširiti samo v eno smer, ko je izpostavljeno temperaturnim spremembam.