Sebagai akibat dari perubahan suhu, materi berubah volume. Konsep ini dikenal sebagai ekspansi termal. Saat zat memanas, partikel di dalam materi bergerak, menjadi lebih aktif saat suhu naik. Aktivitas ini menyebabkan partikel membutuhkan ruang tambahan antara satu sama lain, memperbesar ukuran suatu material. Persamaan untuk menggambarkan konsep ini dikenal sebagai koefisien muai panas dan dapat didefinisikan dengan fakta bahwa derajat pemuaian dibagi dengan perubahan suhu dalam suatu bahan.
Penggunaan bahan padat tertentu dalam konstruksi dan rekayasa adalah akibat langsung dari ekspansi termal ini. Kebutuhan akan benda untuk mempertahankan bentuknya tanpa distorsi yang besar mengakibatkan praktik umum menggunakan logam dan plastik. Misalnya, palu perlu mempertahankan bentuknya saat suhu naik untuk mencegah kerusakan. Sementara prinsip ini umumnya benar berdasarkan jenis bahan yang digunakan, struktur tertentu, seperti kristal, dapat memiliki koefisien ekspansi termal yang berbeda tergantung pada bentuknya.
Demikian juga dengan konsep ekspansi termal negatif, kondisi seperti dingin yang ekstrim menyebabkan material berkontraksi untuk alasan yang berlawanan dengan ekspansi termal biasa. Seringkali bahan lain dengan koefisien yang berbeda diperlukan dalam hubungannya dengan padatan ini. Salah satu contohnya adalah jendela, yang membutuhkan alat kelengkapan karet untuk mencegah ekspansi dan kontraksi bingkai logam.
Semakin keras material, semakin rendah ekspansi termal. Zat cair akan lebih mudah memuai daripada zat padat. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa ketika ikatan energi antara partikel meningkat, ekspansi termal berkurang pada zat ini. Selain itu, bahan tertentu berubah ukuran karena penyerapan atau desorpsi air atau pelarut.
Jenis pemuaian yang dikenal sebagai pemuaian anisotropik dapat terjadi dalam jenis bahan tertentu. Ini berarti bahwa padatan tidak akan memuai persis sama di setiap arah. Bahan apa pun dengan sejumlah lapisan, seperti grafit, biasanya lebih mudah mengembang secara tegak lurus dengan lapisan daripada secara vertikal terhadap lapisan. Ini dapat bermanfaat bagi desainer ketika mencoba membuat fitting yang perlu mengembang hanya dalam satu arah saat terkena perubahan suhu.