根据物质粒子最小的原子结构来看，物质的热胀冷缩应该是由物质原子的内部加速运动形成的。
从原子的内部结构来讲，当原子受热后，核内质子和中子以及核外电子呈现为粒子运动的加速状首先来说，由于原子核的自转以及电场的作用，牵引了核外电子围绕原子核做公转运动。
原子核的自转速度决定着外围电子受离心力大小的变化，这也决定着原子内核与电子层轨道之间的距离和电场的高低。
只有原子核的自旋和外层电子的公转受到外部能量的激发，才会构成原子内部的离心力和电场力的变化，从而也就体现了物质热胀冷缩的自然现象。
1，由于物质的原子核以及核外电子层的提速运动，使其产生了很强的离心力，这个离心力又使核外电子层与原子核的间距拉大。
当原子核与核外电子层的距离拉大后，其原子核与核外电子层间的电场力就会降低，而低能级最外层轨道的电子就会脱离原子内部电场的束缚成为溢出的游离电子，从而也就构成了原子的等离子态。原子核与核外电子层距离的这一变化，也是物质的热膨胀变化系数。
然而，物质的热膨胀系数不会无限度的变化，当达到最大的极限时，原子的内部运动就会停留在稳定的运动平衡状态。在一定的温度极限下原子核与核外电子层之间建立了一种极其稳定的电力场，核外电子不再溢出，电场之间的距离不再扩大，原子停止膨胀继而从原物质的固体转为液态。
2，当物质的温度降低后，原子内部的运动速度开始逐渐的下降，原子核的自转速度降低，其对核外电子的离心力作用也将逐渐的减小继而使原子核与核外电子层之间的距离变小电场加大。
此时原子又会吸引外部空间的游离电子来补齐电子外层轨道的缺位电子而达到原子非等离子体的原始平衡状态。同时，物质又从液态逐渐的过渡到固态，这就是物质的热胀冷缩原理。
在我们的教科书中，也提到了关于对原子的热能和光能的激发作用。原子核与核外电子层之间的电场距离是随温度变化的，也是一种变量状态。
物质受外部能量的激发可使原子的内部产生动态变化，原子核的最外层电子最容易受到能量的激发而成为飘逸的自由电子，也就是我们平常所说的物质等离子态，上述的两个条件是必备的。
当物质在受热达到极点后可从固态到液态，液态到固态的这一物理转变过程，这个过程必须使原子的内部产生质变。物体的热胀冷缩显现了物质原子的内部物理变化，否然的话，物质的热胀冷缩原理就很难讲清楚的。