Isı alma sürecinde hâl değişimine uğramayan maddelerin sıcaklıkları, yani atom veya moleküllerinin ortalama kinetik enerjisi artar. Daha yüksek hızla hareket eden parçacıklar birbirinden uzaklaşır ve bu durum maddede hacim artışına sebep olur. Isı alan maddelerin hacimlerinde meydana gelen bu artışa genleşme adı verilir. Sıcaklığı artan pek çok madde, bazı istisnalar dışında genleşir.

Isı veren maddelerin hacimlerinde meydana gelen azalmaya da büzülme denilmektedir. Isı veren maddelerin sıcaklıkları, yani atom veya moleküllerinin ortalama kinetik enerjisi azalır. Tanecikler arasındaki mesafe kısalır ve maddenin hacmi küçülür.

Genleşme miktarı maddenin cinsine, sıcaklık değişimine ve madde miktarına bağlıdır.

1. Maddenin Cinsi

Farklı maddelerin atomik yapıları ve atomlar arasındaki mesafeleri birbirinden farklıdır. Aynı miktardaki sıcaklık değişimlerine farklı tepkiler gösterir ve farklı oranlarda genleşir.

Gaz hâldeki maddelerin atomları arasındaki bağlar katı ve sıvılara göre daha zayıf olduğu için en fazla genleşme gazlarda oluşur. Bütün gazlar bulundukları kabı tamamen doldurduğu için genleşme, gazlar için ayırt edici bir özellik değildir. Sıvı hâldeki maddelerin atomları arasındaki bağlar da katı hâldeki maddelerin atomları arasındaki bağlardan daha zayıftır. Bu nedenle sıvıların genleşme katsayıları, katıların genleşme katsayılarından daha büyüktür.

2. Sıcaklık Değişimi

Maddelerin aldığı ya da verdiği ısı ne kadar büyük olursa sıcaklıklarındaki değişim o kadar fazla olur.

3. Madde Miktarı

Maddelerin ısı alışverişi yapmadan önceki hacmi ne kadar fazla ise hacimlerindeki değişim de o kadar fazla olur. Genleşme ve büzülme miktarı, maddelerin ilk hacimleri ile doğru orantılıdır.

Genleşme, maddenin tüm boyutlarında yani hacminde meydana gelir. Ancak maddenin bir boyutundaki genleşme diğer boyutundaki genleşmelerle kıyaslandığında ihmal edilebilecek kadar az olabilir. Örneğin ince ve uzun bir telin kesit alanında meydana gelen genleşme, boyundaki genleşmeye göre çok küçüktür. Bu durumda ince bir telin hacmindeki genleşmeden değil, boyundaki uzamadan bahsedilir. Bu nedenle genleşme; boyca uzama, yüzeyce genleşme ve hacimce genleşme şeklinde üç ayrı durum için incelenir.

Canlılar donan nehir ya da göllerin altında devam ettirdikleri yaşamlarını, suyun ilginç bir özelliğine borçludur. Su, donarken hacmi artan nadir yapılardan birisidir. Donan suyun hacmi arttığı için özkütlesi azalır, suyun özkütlesinden daha küçük hâle gelir. Oluşan buz, suda yüzer ve yüzeyde birikerek buz tabakasını oluşturur. Suyun bu özelliği, çok soğuk bölgelerde suda yaşayan canlıların hayatta kalmasını sağlar.

Suyun sıcaklığa bağlı hacim ve özkütle değişimi grafikleri,

Grafiklerden görüleceği üzere su, +4 ^oCʼde en küçük hacim ve en büyük özkütle değerine sahiptir. Suyun sıcaklığı +4 ^oCʼnin altına düşürüldüğünde hacminin arttığı, özkütlesinin de azaldığı görülmektedir. Suyun hacminin artması, soğuk kış günlerinde su borularının çatlamasına sebep olabilmektedir. Sıcaklığın düşmesi ile borular büzülürken suyun hacmi artar ve borular zarar görür. Donarken hacmi artan maddelere galyum, germanyum, bizmut ve antimon örnek olarak verilebilir.