Тепловое расширение (также используется термин «термическое расширение») — изменение линейных размеров и формы тела при изменении его температуры. Количественно тепловое расширение жидкостей и газов при постоянном давлении характеризуется изобарным коэффициентом расширения (объёмным коэффициентом теплового расширения). Для характеристики теплового расширения твёрдых тел дополнительно вводят коэффициент линейного теплового расширения.

Раздел физики, изучающий данное свойство, называется дилатометрией (см. дилатометр).

Тепловое расширение тел учитывается при конструировании всех установок, приборов и машин, работающих в переменных температурных условиях.

Основной закон теплового расширения гласит, что тело с линейным размером ${\displaystyle L}$ в соответствующем измерении при увеличении его температуры на ${\displaystyle \Delta T}$ и отсутствии внешних механических сил расширяется на величину ${\displaystyle \Delta L}$, равную:

${\displaystyle \Delta L=\alpha L\Delta T}$,

где ${\displaystyle \alpha }$ — так называемый коэффициент линейного теплового расширения. Аналогичные формулы имеются для расчёта изменения площади и объёма тела. В приведённом простейшем случае, когда коэффициент теплового расширения не зависит ни от температуры, ни от направления расширения, вещество будет равномерно расширяться по всем направлениям в строгом соответствии с вышеприведённой формулой.