주변 물질과 열을 주고받지 않으면서 발생하는 물질의 상태변화를 말한다. 즉, 어떤 물질이 열을 흡수하거나 방출하지 않고 팽창하는 것을 말한다. 이때 외계와의 열의 전달은 행해지지 않으므로 팽창에 의해 외계에 대해 작용을 할 때에는 그것에 필요한 에너지는 그 계 자신에서 공급되지 않으면 안되며, 그 결과 계의 온도가 내려가게 된다. 기체의 진공 중으로의 팽창(줄의 실험)으로는 외계에 대해 작용할 수 없기 때문에 이상기체인 경우 온도는 내려가지 않는다. 단열팽창에 의한 기체의 온도 저하는 기체의 액화에 이용된다(claude법). 또, 기체가 대류권에서 고도에 따라 온도가 내려가는 것은 지표면에서 데워진 기체 덩어리가 상승하여 단열팽창하기 때문이다.