热膨胀仪能在特定气氛和程序控温条件下，测量物质尺寸在可忽略负载下随温度变化而变化的过程。可测量固体、熔融金属、粉末、涂料等各类样品，目前广泛应用于无机陶瓷、金属材料、塑胶聚合物、建筑材料、涂层材料、耐火材料、复合材料等领域。

　　热膨胀仪使用时，质点围绕其平衡位置作简谐振动，质点之间相互作用势能对平衡位置是对称的，温度变化只能改变振幅的大小，不能改变平衡点的位置。因为，材料的热膨胀来自原子的非简谐振动，可以用非简谐振动理论解释热膨胀机理。

　　物体由于温度改变而有胀缩现象。其变化能力以等压（p一定）下，单位温度变化所导致的体积变化，即热膨胀系数表示热膨胀系数α＝ΔV/（V*ΔT）。式中ΔV为所给温度变化ΔT下物体体积的改变，V为物体体积严格说来，上式只是温度变化范围不大时的微分定义式的差分近似；准确定义要求ΔV与ΔT无限微小，这也意味着，热膨胀系数在较大的温度区间内通常不是常量。

　　温度变化不是很大时，α就成了常量，利用它，可以把固体和液体体积膨胀表示如下：Vt＝V0（13αΔT），而对理想气体，Vt＝V0（10.00367ΔT）；Vt、V0分别为物体末态和初态的体积对于可近似看做一维的物体，长度就是衡量其体积的决定因素，这时的热膨胀系数可简化定义为：单位温度改变下长度的增加量与的原长度的比值，这就是线膨胀系数。对于三维的具有各向异性的物质，有线膨胀系数和体膨胀系数之分。