É aquela na qual predomina a variação em uma única
dimensão, ou seja, no comprimento, largura ou altura do corpo.
Para estudarmos este tipo de dilatação, imagine uma barra metálica
de comprimento inicial L0 e temperatura θ0.
— Se aquecermos esta barra até que a mesma sofra um variação
de temperatura Δθ,
notaremos que seu comprimento passa ser igual a L (conforme a figura abaixo).
Podemos dizer matematicamente que a dilatação
é: 
— Mas se aumentarmos o aquecimento, de forma a dobrar
a variação de temperatura, ou seja, 2Δθ,
então observaremos que a dilatação será o dobro
(2 ΔL).
Podemos concluir que a dilatação é diretamente
proporcional a variação de temperatura.
— Imagine duas barras do mesmo material, mas de comprimentos diferentes.
Quando aquecemos estas barras notaremos que a maior dilatará mais que
menor.
Podemos concluir que a dilatação é diretamente
proporcional ao comprimento inicial das barras.
— Quando aquecemos igualmente duas barras de mesmo comprimento, mas
de materiais diferentes, notaremos que a dilatação será
diferentes nas barras.
Podemos concluir que a dilatação depende do material (substância)
da barra.
Dos itens anteriores podemos escrever que a dilatação linear
é: 
Onde:
L0 = comprimento inicial.
L = comprimento final.
ΔL = dilatação (DL
> 0) ou contração (DL
Δθ = θ0
– θ(variação da temperatura)
α = é uma constante
de proporcionalidade característica do material que constitui a barra,
denominada coeficiente de dilatação térmica linear.
Das equações I e II, teremos:
| (I) ΔL = L0 – L |
 |
| (II) ΔL = α L0 – Δθ |
A equação do comprimento final L = L0 (1 +
α . Δθ),
corresponde a uma equação de 1º grau e, portanto o seu gráfico
será uma reta inclinada, onde: L = f (θ) 
L = L0 (1 + α . Δθ).
Obs:
Todos os coeficientes de dilatação, sejam α,
β ou γ,
têm como unidade: (temperatura)-1
ºC-1