熱膨張（ねつぼうちょう、英語: Thermal expansion）は、温度上昇に応じて物質の形状・面積・体積が膨張したり密度が変化する性質であり、一般的に相転移現象は含めない。 温度は、物質の平均分子運動エネルギーの単調関数である。物質が加熱されると、分子の振動や運動がより激しくなり、通常は分子間の距離がより長くなっていく。温度上昇と共に収縮する物質は稀で、限られた温度範囲内でのみ（後述）発生する。相対的膨張（体積ひずみ）を温度変化で割ったものは熱膨張係数と呼ばれるが、概ね温度と共に変化する。
