Cząsteczki wielu substancji maja kształt symetryczny.  Na rysunku z prawej strony kulka mająca ładunek dodatni przedstawia jądro atomu wchodzącego w skład cząsteczki, a kula naładowana ujemnie wyobraża powłoki elektronowe tych atomów. Atomy znajdujące się blisko siebie oddziaływują wzajemnie.  Przy odległościach między sobą rzędu 10-9 m następuje przesuwanie i deformowanie się chmur elektronowych wewnątrz atomów (rysunek poniżej) w wyniku czego powstają dipole (układ dwóch ładunków o jednakowych wartościach ale przeciwnych znakach) i atomy przyciągają się siłami elektrostatycznymi.  Siły te nazywamy siłami Van der Waalsa.  Jest proces analogiczny do elektryzowania przez indukcję papierków przez naelektryzowaną laskę,  a następnie ich przyciąganie elektrostatyczne.  Ładunki różnoimienne są bliżej niż różnoimienne i dominuje przyciąganie.  Siły Van der Waalsa są krótkozasięgowe,  jej wartość jest odwrotnie proporcjonalna do siódmej potęgi odległości między atomami. Powyższy model nie potrafi wytłumaczyć anomalnych właściwości wody i niektórych innych cieczy. W zakresie od 0°C do 4°C objętość wody maleje przy wzroście temperatury. Wynika to z budowy wody. Cząsteczki wody nie mają symetrii sferycznej i oddziaływanie między nimi zależy nie tylko od odległości, lecz również od kierunku pod jakim są one ustawione względem siebie. Minimalnej energii potencjalnej układu cząsteczek odpowiada ściśle określone ustawienie ich kierunków. Takie właśnie uporządkowanie charakteryzuje sieć krystaliczna lodu. Średnia odległość między cząsteczkami jest wówczas nieco większa niż wtedy,  gdy cząsteczki ustawione są chaotycznie.  W wodzie w niskich temperaturach część cząsteczek tworzy uporządkowane zespoły, pozostałe są jednak ustawione chaotycznie. W miarę wzrostu temperatury liczba uporządkowanych zespołów maleje.  Zachodzą więc dwa konkurencyjne procesy: rozpad uporządkowanych zespołów prowadzi do zmniejszenia średniej odległości między cząsteczkami, zaś wzrost amplitudy drgań prowadzi do zwiększenia tej odległości. Dopóki temperatura wody nie przekracza 4°C, decydującą rolę odgrywa pierwszy proces. W temperaturach wyższych od 4°C przeważa drugi proces i woda zachowuje się jak normalna ciecz. Ilościowo rozszerzalność liniową ciał stałych charakteryzuje się podając dla danej substancji liniowy współczynnik rozszerzalności cieplnej (podaje on o jaką część długości początkowej zwiększa się długość ciała stałego gdy temperatura wzrasta o 1°C).  W przypadku ciał izotropowych (mających jednakowe własności we wszystkich kierunkach) liniowy współczynnik rozszerzalności cieplnej jest taki sam we wszystkich kierunkach. Dla scharakteryzowania własność ciała anizotropowego (różne własności w różnych kierunkach) trzeba znać wartości liniowego współczynnika rozszerzalności cieplnej w dwóch  (w przypadku kryształów jednoosiowych) lub trzech  (w przypadku kryształów dwuosiowych) odpowiednich kierunkach. O zmianie objętości substancji informuje objętościowy współczynnik rozszerzalności cieplnej (określa on o jaką część objętości początkowej zwiększa się objętość substancji gdy temperatura wzrasta o 1°C). Jego wartość jest trzykrotnie większa od współczynnika liniowego. Zjawisko rozszerzalności trzeba uwzględnić we wszelkich pracach inżynierskich, gdyż elementy konstrukcyjne mają inne rozmiary latem i zimą i znalazło wykorzystanie w wielu przyrządach.  Przykładowo rozszerzalność cieczy (najczęściej zabarwionego alkoholu lub rtęci) wykorzystano w termometrach cieczowych. Stalowe przęsła mostu mogą być latem nawet o pół metra dłuższe niż zimą.  Stosuje się wtedy stalowe "grzebienie",  za których pomocą łączy się poszczególne części nawierzchni mostu.  Nie przyczepia się też mostu sztywno do podłoża,  lecz pod jednym z końców przęsła umieszcza stalowe walce, po których ten koniec może się toczyć.  Taki ruch umożliwiają przerwy dylatacyjne  (dylatacja znaczy rozszerzanie). Budując drogę z betonową nawierzchnią, zostawia się szczeliny aby beton miał miejsce na rozszerzanie się w upalne dni. Napowietrzne przewody telefoniczne lub energetyczne są latem zawieszane luźno, aby się nie zerwały,  kiedy będzie zimno i skurczą się. Linie energetyczne trakcji kolejowych i tramwajowych muszą być odpowiednio naciągnięte aby rozszerzalność nie zmieniała wysokości na której wiszą. Szklarz podczas wprawiania szyby zimą musi zostawić wolne miejsce w ramie okna aby szyby mogły się swobodnie zwiększać swoje rozmiary. Inaczej podczas wzrostu temperatury popękają Oczywiście zimą przerwy muszą być większe,  a latem mniejsze.  Linie ciepłownicze doprowadzające wodę na powierzchni ziemi nie są proste. Wykonuje się specjalnie kolana (patrz zdjęcie wyżej).  Gdy rury rozszerzają się lub kurczą to zmieniają swoje rozmiary i przesuwają się na zagięciach i nie następuje ich wyginanie lub pękanie. Szyny kolejowe i tramwajowe łączy się ze sobą, zostawiając pomiędzy kolejnymi odcinkami przerwy dylatacyjne. Podczas jazdy pociągiem słychać charakterystyczne stukanie kół w miejscach przerw w szynach. Stalowa szyna o długości 100m w gorący dzień może być dłuższe o 5 cm niż w zimie.  Obecnie aby uniknąć stukania stosuje się ukośne nacięcia na szynach. Każdy metal rozszerza się inaczej.  Element wykonany z dwóch metali różniących się rozszerzalnością cieplną nazywamy bimetalem.  Po podgrzaniu bimetal wygina się ponieważ jeden z Czujnik automatycznego regulowania od żelazka metali bardziej wydłuża się niż drugi. Wykorzystuje się to Czujnik automatycznego regulowania od żelazka produkcji czujników automatycznego regulowania temperatury. Czujniki te stosuje się między innymi w pralkach, lodówkach, żelazkach, kuchenkach elektrycznych. W piecykach gazowych czujnik odcina dopływ gazu gdy zgaśnie świeczka. Racę czujnika przedstawiamy na przykładzie żelazka. Czujnik włącza prąd w grzejniku żelazka,  gdy jego temperatura osiągnie zadaną wartość.  Gdy bimetaliczny pasek nagrzeje się, jego wygięcie sprawi, że obwód elektryczny zostanie przerwany.  Po krótkim czasie, gdy pasek ostygnie obwód zostanie zamknięty i grzałka ponownie rozgrzeje żelazko.