Quando o metal é aquecido, os átomos começam a vibrar. Esse movimento aumentado faz com que os átomos se afastem mais. Quando os átomos se distanciam mais, o metal se expande. Essa tendência de os metais se expandirem quando aquecidos é chamada de expansão térmica.
A propriedade de expansão térmica pode criar desafios quando o metal é usado em aplicações do mundo real. Quando o metal é usado em um ambiente onde a temperatura flutua, as juntas de dilatação devem ser incluídas; caso contrário, o metal se dobraria ou se separaria. As pontes de metal costumam usar juntas de dilatação por esse motivo. Os trilhos da ferrovia são construídos de forma que possam deslizar uns em direção aos outros à medida que são aquecidos, permitindo que os vagões continuem em seu caminho em vez de pararem devido à deformidade do metal causada pela expansão do calor.
A propriedade de expansão térmica também permite algumas aplicações exclusivas do metal. A contração e expansão das tiras de metal em um termostato permite que as tiras liguem e desliguem o calor. Aquecer uma tampa de metal com água quente pode fazer com que o metal se expanda, aumentando o diâmetro da tampa. Isso quebra o selo e permite que o frasco seja aberto. Se um metal for aquecido antes de se ajustar a um objeto, um ajuste mais apertado pode ser obtido no resfriamento. Esta técnica é usada por soldadores em um processo chamado encaixe por contração.
