Over het algemeen zorgt afkoeling ervoor dat het volume van de meeste stoffen afneemt. Dit fenomeen staat bekend als thermische contractie. Het treedt op als gevolg van de afname van de gemiddelde kinetische energie van deeltjes naarmate de temperatuur daalt. Naarmate deeltjes langzamer bewegen, nemen ze minder ruimte in beslag, wat leidt tot een vermindering van het volume.

Er zijn echter enkele uitzonderingen op deze regel. Water vertoont met name een ongewoon gedrag dat bekend staat als de 'dichtheidsanomalie' of 'maximale dichtheidsanomalie'. In het geval van water bereikt de dichtheid zijn hoogste waarde bij ongeveer 4°C (39,2°F). Beneden deze temperatuur neemt de dichtheid van water af naarmate het verder afkoelt, waardoor ijs gevormd bij 0°C (32°F) op vloeibaar water gaat drijven.

Bij de meeste andere stoffen is de thermische contractie een lineair verband. De krimpsnelheid per eenheid temperatuurverandering staat bekend als de thermische uitzettingscoëfficiënt (CTE). De CTE varieert voor verschillende stoffen en is een fundamentele eigenschap die wordt gebruikt om systemen die temperatuurveranderingen ondergaan te begrijpen en te ontwerpen.