Kim loại nở ra khi bị nung nóng bởi vì sự tăng nhiệt độ thực sự là sự gia tăng dao động của các nguyên tử tạo nên kim loại và sự rung động này buộc các nguyên tử hơi xa nhau. Trừ khi xảy ra sự thay đổi pha, khoảng cách tăng lên không đủ để phá vỡ cấu trúc mạng tinh thể giữa các nguyên tử. Sự giãn nở vì nhiệt là hiện tượng quan sát thấy ở hầu hết các vật liệu chứ không chỉ ở kim loại.
Sự giãn nở vì nhiệt là một tính chất quan trọng của nhiều vật liệu và ít vật liệu phá vỡ mô hình giãn nở khi chúng tăng nhiệt độ. Tuy nhiên, nước rắn và ở nhiệt độ thấp, thậm chí là nước lỏng, thực sự co lại khi nóng lên. Tuy nhiên, nước là một ngoại lệ với cấu trúc phân tử tương đối độc đáo và các đặc tính khiến trạng thái rắn của nó ít đặc hơn trạng thái lỏng.
Sự nở vì nhiệt không chỉ là tính chất thông thường mà còn là tính chất quan trọng. Các kim loại khác nhau nở ra với tốc độ khác nhau khi nhiệt độ thay đổi, đó là một tính năng được sử dụng trong nhiệt kế dải lưỡng kim. Mặc dù sự giãn nở nhiệt là hữu ích theo cách này, nó cũng thường là một vấn đề trong xây dựng, đặc biệt là khi sử dụng một số vật liệu khác nhau hoặc khi nhiệt độ có thể không đồng đều. Kim loại co lại và giãn nở tạo ra ứng suất trong cấu trúc, có thể gây ra sự mất ổn định của cấu trúc theo thời gian.
