分類
熱膨脹系數有線膨脹系數α、面膨脹系數β和體膨脹系數γ。
對于可近似看做一維的物體，長度就是衡量其體積的決定因素，這時的熱膨脹系數可簡化定義為：單位溫度改變下長度的增加量與的原長度的比值，這就是線膨脹系數。
對于三維的具有各向異性的物質，有線膨脹系數和體膨脹系數之分。如石墨結構具有顯著的各向異性，因而石墨纖維線膨脹系數也呈現出各向異性，表現為平行于層面方向的熱膨脹系數遠小于垂直于層面方向。
線膨脹系數
頂杆式間接法
頂杆法是一種經典方法，采用機械測量原理，即将試樣的一端固定在支持器的端頭上，另一端與頂杆接觸，試樣、支持器和頂杆同時加熱，試樣與這些部件的熱膨脹差值被頂杆傳遞出來，并被測量。這類儀器由于試樣位置(立式或卧式)、膨脹量的測量方法(直接測量、電子或光學方法)而區分成多種型号的儀器。應用較普遍的是電感式膨脹儀。它的傳感器是差動變壓器，也稱差動變壓器熱膨脹儀。由于頂杆和支持器尺寸較長，高溫爐的加熱條件難于使溫度分布均勻一緻，頂杆和支持器之間的膨脹量難以相互抵消，所以膨脹的測量值需要校正。
望遠鏡直讀法
望遠鏡直讀法是用雙筒望遠鏡直接觀察爐内高溫下試樣膨脹的變化值，通過計算得到線膨脹系數。測量溫度可高達2000℃，目鏡上的測微計直接測量試樣伸長量。所用試樣較長，加熱爐要有足夠的恒溫帶。該方法的缺點是一般不易自動記錄。
激光法測量
熱膨脹是近年發展的。它是以一激光束掃描試樣，而不斷測定試樣在加熱過程中長度的變化。由于測量精度高、計算機組成的全自動控制、記錄和多功能系統而受到歡迎。選擇熱膨脹測量方法時主要考慮測試範圍、待測材料的種類和特性、測量精度和靈敏度等。針對平均熱膨脹系數(CTE)對航空整體結構件熱變形準确預測帶來較大誤差這一問題,利用熱機械分析儀在25～500℃範圍内對7050-T7451鋁合金熱膨脹系數進行準确測量,采用數值拟合方法獲得鋁合金7050-T7451熱膨脹系數随溫度升高的非線性變化規律。
相關因素
熱膨脹與熱容的關系
熱膨脹是固體材料受熱以後晶格振動加劇而引起的容積膨脹，而晶格振動的激化就是熱運動能量的增大。升高單位溫度時能量的增量即為熱容。因此熱膨脹系數與熱容密切相關，并與熱容有着相似的規律。即在低溫時，膨脹系數也像熱容一樣按T3規律變化，0K時，α、c趨于零；高溫時，因有顯著的熱缺陷等原因，使α仍有一個連續的增加。圖為Al2O3的熱膨脹系數和熱容随溫度變化的關系曲線，從圖中可看出，在寬廣的溫度範圍内，這兩條曲線近似平行，變化趨勢相同。
熱膨脹與結合能和熔點的關系
固體材料的熱膨脹與點陣中質點的位能有關，而質點的位能是由質點間的結合力特性所決定的。質點間的作用力越強，質點所處的勢阱越深，升高同樣溫度，質點振幅增加得越少，相應地熱膨脹系數越小。當晶體結構類型相同時，結合能大的材料的熔點也高，也就是說熔點高的材料膨脹系數較小。
影響因素
1：化學礦物組成。
熱膨脹系數與材料的化學組成、結晶狀态、晶體結構、鍵的強度有關。組成相同，結構不同的物質，膨脹系數不相同。通常情況下，結構緊密的晶體，膨脹系數較大；而類似于無定形的玻璃，往往有較小的膨脹系數。鍵強度高的材料一般會有低的膨脹系數。
2：相變。
材料發生相變時，其熱膨脹系數也要變化。純金屬同素異構轉變時，點陣結構重排伴随着金屬比容突變，導緻線膨脹系數發生不連續變化。
3：合金元素對合金熱膨脹有影響。
簡單金屬與非鐵磁性金屬組成的單相均勻固溶體合金的膨脹系數介于内組元膨脹系數之間。而多相合金膨脹系數取決于組成相之間的性質和數量，可以近似按照各相所占的體積百分比，利用混合定則粗略計算得到。
4：織構的影響。
單晶或多晶存在織構，導緻晶體在各晶向上原子排列密度有差異，導緻熱膨脹各項異性，平行晶體主軸方向熱膨脹系數大， 垂直方向熱膨脹系數小。
5：内部裂紋及缺陷也會對熱膨脹系數産生影響。
