與溫度有關的材料系數有兩種類型：一類是與材料的力學性能有關的材料系數；另一類是與熱傳導相關的材料系數。屬于前者的有E，G，v，a；屬于后者的有C(比熱容)，ρ (密度)，k(熱傳導系數)等。這些系數實際上并非常數，而是隨溫度而變化的。但當溫度不高時，通常取平均值當作常數處理，然而在溫度高、變化大的情況下，則必須考慮其隨溫度的變化。

金屬的彈性系數E，剪切模量G隨溫度增高而減小，泊松比v隨溫度變化不大。E，G與溫度的測定有靜態法和動態法，前者是在高溫爐由加載進行測試，后者則采用振動法或超聲波脈沖法進行測定。振動法是使試件在高溫爐中做彈性振動，通過測定頻率來測定彈性常數。超聲波法則是給試件以超聲波，通過測量波的傳播速度來測定E，G，v。

金屬材料的熱系數與溫度一般呈線性關系，線脹系數a大體上隨溫度升高而直線增加，導熱系數k隨溫度增加而減小，比熱容隨溫度增加而增高。通過試驗測得的熱系數與溫度關系的直線斜率或曲線曲度，即可知具體材料的熱系數隨溫度的變化。例如，從不同的資料來源，碳鋼的熱系數隨溫度變化如圖1所示。

導熱系數隨溫度變化曲線

線脹系數隨溫度變化曲線

比熱容隨溫度變化曲線

當延性材料隨溫度升高，即使所受應力超過屈服點也不會立即破壞，但即使應力水平較低，若有較大的溫度變化反復進行時，最終會由于疲勞而產生龜裂而導致破壞。這種現象稱為熱疲勞。

設有一試驗棒兩端固定，受最高和最低溫度之間的反復熱循環過程如圖2所示。

熱循環與應力-應變圖線

假設試驗開始時，棒在最高溫度下固定，然后冷卻產生拉應力，OAF為一應力變線。然后，若重新加熱，則應力一應變線開始時平行于OA向下移動，在比冷卻循環拉力低的應力下產生屈服，最后到達E點。若在最高溫度下保持一段時間，則由于產生應力松弛使壓應力減小到達E'點。如再開始冷卻，則沿E'F'上升，在最低溫度時達到F'點。由于在最低溫度下不產生壓力松弛。若再開始加熱，則圖線沿F'E"下降，在最高溫度時到E"點。此處因應力松弛應力減小移至E"'點，若再開始冷卻，則沿曲線E"'F"在最低溫度達到F"點。

若重復這種冷卻一加熱循環，則應力一應變圖線每次都描繪出一條滯后曲線，與其有關的返復塑性應變就是熱疲勞的原因。熱循環的最高和最低溫度、平均溫度、最高溫度的保持時間、重復速度、材料的彈塑性質等都是影響熱疲勞的因素。

熱疲勞的強度是指一個循環的塑性應變ε_P和到達破壞的重復次數N之間的關系。根據曼森-科芬的經驗公式：

其中，ε_f表示一個熱循環的平均溫度下的靜拉伸試驗中材料破壞時的伸長。

以上所述的僅是材料的單向熱應力疲勞，實際結構的熱疲勞則是多方向的，是一個專門的研究領域。