Assim como na dilatação superficial, este é um caso da dilatação linear que acontece em três dimensões, portanto tem dedução análoga à anterior.
Consideremos um sólidos cúbico de lados 
que é aquecido uma temperatura 
, de forma que este sofra um aumento em suas dimensões, mas como há dilatação em três dimensões o sólido continua com o mesmo formato, passando a ter lados L.
que é aquecido uma temperatura , de forma que este sofra um aumento em suas dimensões, mas como há dilatação em três dimensões o sólido continua com o mesmo formato, passando a ter lados L.
Inicialmente o volume do cubo é dado por:
Após haver aquecimento, este passa a ser:
Ao relacionarmos com a equação de dilatação linear:
Pelos mesmos motivos do caso da dilatação superficial, podemos desprezar 3α²Δθ² e α³Δθ³ quando comparados a 3αΔθ. Assim a relação pode ser dado por:
Podemos estabelecer que o coeficiente de dilatação volumétrica ou cúbica é dado por:
Assim:
Assim como para a dilatação superficial, esta equação pode ser utilizada para qualquer sólido, determinando seu volume conforme sua geometria.
Sendo β=2α e γ=3α, podemos estabelecer as seguintes relações:
Exemplo:
O cilindro circular de aço do desenho abaixo se encontra em um laboratório a uma temperatura de -100ºC. Quando este chegar à temperatura ambiente (20ºC), quanto ele terá dilatado? Dado que
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Sabendo que a área do cilindro é dada por:
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