熱膨脹是指物體的體積或長度隨溫度升高而增大的現象。熱膨脹可用線膨脹系數或體膨脹系數表示，其中線膨脹系數為溫度改變1℃時材料長度的變化和它在原溫度時長度的比值，體膨脹系數為溫度改變1℃時材料體積的變化和它在原溫度時體積的比值，不同物質的熱膨脹特性是不同的，有的物質隨溫度變化有較大的體積變化，而另一些物質則相反。通常，固體材料的熱膨脹系數通常隨溫度升高而加大。熱膨脹的影響因素有溫度和結構。常見工程材料中，高分子材料具有最高的熱膨脹系數，結晶高聚物和取向高聚物的熱膨脹系數具有各向異性；陶瓷材料是熱膨脹系數最低的，由于結構復雜熱膨脹系數差別很大；金屬材料熱膨脹系數介于陶瓷和高分子之間。

熱膨脹系數是材料的基本熱物理參數之一，是衡量材料的熱穩定性好壞的一個重要指標。準確的測量材料線膨脹系數，對于基礎科學研究、技術創新、工程應用都具有重要的意義。對于高分子材料而言，當其作為結構材料使用時，要考慮熱膨脹；高分子材料的熱膨脹與其體積及分子鏈段的柔順性有關；可以通過玻璃纖維增強或添加填料的方法減小材料的熱膨脹。目前，測定材料線膨脹系數的方法很多，有示差法（或稱“石英膨脹計法”）、雙線法、光干涉法、重量溫度計法等。

對于耐火材料而言，線膨脹系數是耐火材料使用時應考慮的重要性能之一。爐窯通常在常溫下砌筑，在高溫下使用時爐體膨脹。為抵消熱膨脹造成的應力，需預留膨脹縫。線膨脹系數是預留膨脹縫和砌體總尺寸結構設計計算的關鍵參數，它與材料的抗熱震性、受熱沖擊時材料內部熱應力的分布和大小密切相關。在復合材料和多相材料制造中，必須考慮其線膨脹系數的匹配和差異對結構、性能的影響。此外，通過對材料線膨脹系數隨溫度變化曲線的測定，可以進行材料礦物分析、相變、微裂紋的愈合和擴展等的研究。耐火材料線膨脹系數的常用測量方法是頂桿式間接法和望遠鏡直讀法。此外，新的激光法測定線膨脹系數也越來越受到重視。