在物理学中，热膨胀是指物质的体积随温度变化而变化的可能性。当物质受热时，它的基本粒子会更快地移动，并通过这样做一般保持更大的平均分离度。随温度升高而收缩的物质是非常少见的，这种效应的大小是有限的，只在有限的温度范围内发生。膨胀程度除以温度的变化称为材料的热膨胀系数，一般随温度变化而变化。

温度计是利用热膨胀的一个例子。它们包含一种液体，当体积随温度变化时，它只能向一个方向移动（沿管子）。

热膨胀会成为火车的一个问题，因为它会导致铁轨弯曲。在铁轨上会有监控器，如果温度确实异常高，就会发出警告，可以告诉列车减速以减少摩擦热。有时在铁轨的内部，它们会被涂成白色，以反射太阳的热射线，这样就不会引起弯曲。