Rozszerzalność temperaturowa ciała jest zjawiskiem polegającym na zmianie rozmiarów geometrycznych ciał w wyniku zmiany ich temperatury.
W większości przypadków wzrost temperatury ciała powoduje zwiększenie jego rozmiarów. Do wyjątków należy m.in. woda, która przy wzroście temperatury od 0°C do ok. 4°C zmniejsza swoją objętość – jest to tzw. anomalna rozszerzalność cieplna.
Rozszerzalność temperaturowa jest konsekwencją ruchów cieplnych atomów, które pod wpływem wzrostu temperatury zwiększają objętość ciała przypadającą na jeden atom (zwiększa się odległość pomiędzy sąsiednimi atomami).
Zjawisko rozszerzalności termicznej jest często efektem niepożądanym, gdyż różnego typu konstrukcje, które są narażone na znaczne zmiany temperatury (np. mosty, linie wysokiego napięcia), trzeba wyposażać w tzw. przerwy dylatacyjne, chroniące konstrukcję przed deformacjami, czy zepsuciem.
Rozszerzalność termiczna stanowi podstawę konstrukcji termometrów i czujników temperatury.