熱脹冷縮是物體受熱時會膨脹，遇冷時會收縮的特性。由於物體內的粒子（原子）運動會隨溫度改變，當溫度上升時，粒子的振動幅度加大，令物體膨脹；但當溫度下降時，粒子的振動幅度便會減少，使物體收縮。
熱脹冷縮是一般物體的特性，但水（4°C以下）、銻、鉍、鎵和青銅等物質，在某些溫度範圍內受熱時收縮，遇冷時會膨脹，恰與一般物體特性相反。因此，水結冰時，冰是先在水面出現。由於鐵軌有熱脹冷縮的特性，因此鐵軌連結時須保持一定的間隙（以防止氣溫升高時，鐵軌因受熱膨脹伸長而相互推擠變形），再以魚尾鈑與螺桿將鐵軌相互連結起來。
