En physique, la dilatation thermique est la probabilité que la matière change de volume en réponse à un changement de température. Lorsqu'une substance est chauffée, ses particules de base se déplacent plus rapidement et, ce faisant, maintiennent généralement une plus grande séparation moyenne. Les matériaux qui se contractent avec une augmentation de la température sont très rares ; cet effet est limité en taille et ne se produit que dans des plages de température restreintes. Le degré de dilatation divisé par le changement de température est appelé coefficient de dilatation thermique du matériau et varie généralement en fonction de la température.
Les thermomètres sont un exemple d'utilisation de l'expansion thermique. Ils contiennent un liquide qui ne peut se déplacer que dans une seule direction (le long du tube) lorsque le volume change en même temps que la température.
La dilatation thermique peut devenir un problème pour les trains car elle peut provoquer le gauchissement des rails. Sur les rails, ils seront équipés de moniteurs de sorte que si la température devient anormalement élevée, ils pourront être avertis et les trains pourront être invités à ralentir pour réduire la chaleur de frottement. Parfois, les parties intérieures des rails seront peintes en blanc pour réfléchir les rayons chauds du soleil et éviter ainsi le gauchissement.