Em física, a expansão térmica é a probabilidade da matéria mudar de volume em resposta a uma mudança de temperatura. Quando uma substância é aquecida, suas partículas básicas se movimentam mais rapidamente e, ao fazê-lo, geralmente mantêm uma maior separação média. Materiais que se contraem com um aumento de temperatura são muito incomuns; este efeito é limitado em tamanho, e ocorre apenas dentro de faixas de temperatura limitadas. O grau de expansão dividido pela mudança de temperatura é chamado coeficiente de expansão térmica do material e geralmente varia com a temperatura.
Os termômetros são um exemplo de utilização da expansão térmica. Eles contêm um líquido que só pode se mover em uma direção (ao longo do tubo) quando o volume muda junto com a temperatura.
A expansão térmica pode se tornar um problema para os trens porque pode fazer com que os trilhos se afivelem. Nos trilhos eles terão monitores para que, se a temperatura ficar anormalmente alta, eles possam ser avisados e os trens possam ser instruídos a diminuir a velocidade para reduzir o calor do atrito. Às vezes, nas partes internas dos trilhos, eles serão pintados de branco para refletir os raios quentes do sol, para que não causem encurvamento.