Khi kim loại bị đốt nóng, các nguyên tử bắt đầu dao động. Chuyển động tăng lên này làm cho các nguyên tử di chuyển xa nhau hơn. Khi các nguyên tử di chuyển ra xa nhau, kim loại nở ra. Xu hướng giãn nở của kim loại khi bị nung nóng được gọi là sự nở vì nhiệt.
Tính chất của sự giãn nở nhiệt có thể tạo ra những thách thức khi kim loại được sử dụng trong các ứng dụng trong thế giới thực. Khi kim loại được sử dụng trong môi trường có nhiệt độ dao động, phải bao gồm các khe co giãn; nếu không, kim loại sẽ bị khóa hoặc tách rời. Cầu kim loại thường sử dụng khe co giãn vì lý do này. Các đường ray được xây dựng để chúng có thể trượt về phía nhau khi chúng được làm nóng, cho phép các toa xe lửa tiếp tục chạy thay vì dừng lại do kim loại bị biến dạng do nhiệt độ giãn nở gây ra.
Tính chất của sự giãn nở nhiệt cũng cho phép một số ứng dụng độc đáo của kim loại. Sự co lại và giãn nở của các dải kim loại trong bộ điều nhiệt cho phép các dải này bật và tắt nhiệt. Làm nóng nắp kim loại bằng nước nóng có thể làm cho kim loại nở ra, làm tăng đường kính của nắp. Điều này phá vỡ niêm phong và cho phép mở lọ. Nếu một kim loại được nung nóng trước khi nó vừa với một vật thể, thì có thể thu được một sự phù hợp chặt chẽ hơn khi làm nguội. Kỹ thuật này được các thợ hàn sử dụng trong một quy trình gọi là lắp ghép co ngót.
