结构材料的热膨胀系数αL定义为单位长度，每升高一度在长度上的增量，故dL＝αLtL；若定义为单位体积每升高一度其体积的增量，则dV＝αvt?V。式中，t表示温度的变化；L为原长；V为原体积；αL代表长度膨胀系数；αv代表体积膨胀系数；此两系数必须由多次精密的试验中，求取平均值而得；质言之，α值亦是温度的函数，在高温领域与低温领域的膨胀率亦不相同。结构因受温度变化的作用，发生热胀冷缩现象，由于结构支承束缚的限制而产生内力，因此温度的变化亦视为一种负载，一般常与静负载合并考虑；船舶机舱中的作业温度常常相差数十度，其庞大的减速齿轮箱亦会发生热结构变形的情况，其变速齿轮平行轴系之轴心距离发生的变化，对齿轮的吻合，噪音、振动不无影响。汽车结构或冷气机，在不同气候下操作，温度变化的频率非常之大，因此此类结构受热冲激(thermal shock)的作用，已可视为相关动态或材料疲劳的研析范围了。