Wanneer een materiaal wordt verwarmd, krijgen de moleculen kinetische energie en bewegen ze sneller. Hierdoor komen ze vaker met elkaar in botsing, waardoor de ruimte ertussen groter wordt. Als gevolg hiervan zet het materiaal uit.

De mate van uitzetting is afhankelijk van het materiaal. Materialen met een hoge thermische uitzettingscoëfficiënt, zoals metalen, zetten meer uit dan materialen met een lage thermische uitzettingscoëfficiënt, zoals glas.

Thermische uitzetting is een belangrijke overweging bij veel technische toepassingen. Bruggen en gebouwen moeten bijvoorbeeld zo worden ontworpen dat ze de uitzetting en krimp van de materialen die bij de constructie ervan worden gebruikt, kunnen opvangen.