物体被加热后，温度会上升，构成物质的分子的运动会逐渐变得活跃，分子之间的间隔会逐渐打开，因此整个物体会膨胀。一个物体的膨胀率会因物体的不同而不同，它会按照固体、液体和气体的顺序增加。在固体、气体和液体中，气体受热时膨胀最明显。
热胀冷缩是一般物体的特性，但水（4°C以下）、锑、铋、镓和青铜等物质，在某些温度范围内受热时收缩，遇冷时会膨胀，恰与一般物体特性相反。水结冰时，冰是先在水面出现。由于铁轨有热胀冷缩的特性，因此铁轨连结时须保持一定的间隙（以防止气温升高时，铁轨因受热膨胀伸长而相互推挤变形），再以鱼尾钣与螺杆将铁轨相互连结起来。
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