In generale, il raffreddamento fa diminuire il volume della maggior parte delle sostanze. Questo fenomeno è noto come contrazione termica. Si verifica a causa della diminuzione dell'energia cinetica media delle particelle al diminuire della temperatura. Poiché le particelle si muovono più lentamente, occupano meno spazio, portando ad una riduzione del volume.

Tuttavia, ci sono alcune eccezioni a questa regola. In particolare, l’acqua mostra un comportamento insolito noto come “anomalia di densità” o “anomalia di densità massima”. Nel caso dell'acqua, la densità raggiunge il valore massimo a circa 4°C (39,2°F). Al di sotto di questa temperatura, la densità dell'acqua diminuisce man mano che si raffredda ulteriormente, facendo galleggiare il ghiaccio formato a 0°C (32°F) sull'acqua liquida.

Nella maggior parte delle altre sostanze, la contrazione termica è una relazione lineare. Il tasso di contrazione per unità di variazione della temperatura è noto come coefficiente di dilatazione termica (CTE). Il CTE varia per diverse sostanze ed è una proprietà fondamentale utilizzata per comprendere e progettare sistemi sottoposti a variazioni di temperatura.