熱膨脹是指在物體受熱時，其體積增大的現象。
當物體溫度升高時，分子間的平均動能增大，導致分子間的距離也增大，從而使得物體體積隨之擴大；相反，當物體溫度降低時，分子的平均動能減小，分子間的距離縮短，導致物體體積縮小。這種溫度變化導致的體積變化，在不同的物質和不同的物態中表現不同。例如，大多數物質在溫度升高時體積增大，溫度降低時體積縮小，但也有少數物質在一定溫度範圍內，溫度升高時體積反而減小。
此外，物體的熱膨脹性與材料的組成和結構有關，例如，金屬和陶瓷通常具有較低的熱膨脹係數，而高分子材料和某些非晶體的熱膨脹係數則相對較高。熱膨脹的應用範圍廣泛，被應用於多箇領域，如陶瓷材料、金屬材料、塑膠聚合物、建築材料、耐火材料和複合材料等。