Kun ainetta lämmitetään, lämpöliike eli aineen rakenneosasten liike, lisääntyy. Lämpöliikkeen seurauksena on lämpölaajeneminen. Kun ainetta lämmitetään, rakenneosaset alkavat värähtelemään enemmän. Mitä enemmän ainetta lämmitetään eli siihen tuodaan energiaa, sitten suurempaa rakenneosasten värähtely on. Koska rakenneosaset tarvitsevat enemmän tilaa värähdellessään, tapahtuu aineen laajeneminen. Lämpölaajenemisessa aineen massa ei muutu.

​​

Lämpölaajenemista hyödynnetään esimerkiksi neste- ja kaksoismetallilämpömittareissa sekä termostaateissa. Lämpölaajeneminen on otettava huomioon rakentamisessa. Esimerkiksi putkiin tehdään tietoisesti mutkia, jotta lämpölaajeneminen ei rikkoisi niitä. Myös talojen ja siltojen rakentamisessa on otettava huomioon, miten eri materiaalit lämpölaajenevat. Junan vaunujen akselit kiinnitetään pyöriin hyödyntäen lämpölaajenemista. Pyörää lämmitetään, jolloin reikä sen keskellä suurenee. Akseli työnnetään tällöin paikalleen. Kun pyörä jäähtyy, reikä puristaa akselin siihen tiukasti kiinni.

Betoni ja teräs laajenevat samaan tahtiin. Siksi terästä käytetään betonin vahvikkeena.


Sillan lämpölaajeneminen on otettava huomioon siltaa rakennettaessa. Kuvassa näkyvä rulla mahdollistaa sillan pituuden muutokset ilman, että silta sortuu.



Rautatiekiskojen liitoskohdassa on varattu tilaa kiskon lämpölaajenemiselle.