Thermische Effekte in Werkstoffen bezeichnen alle durch Temperaturänderungen oder Temperaturgradienten ausgelösten Veränderungen von Struktur, Eigenschaften und Zuständen eines Materials. Sie umfassen sowohl reversible als auch irreversible Prozesse auf atomarer, mikrostruktureller und makroskopischer Ebene.

Auf atomarer Skala führen erhöhte Temperaturen zu verstärkten Gitterschwingungen, die sich in einer temperaturabhängigen Wärmeausdehnung und in einer Zunahme der Diffusionskoeffizienten äußern. Dies begünstigt thermisch aktivierte Vorgänge wie Rekristallisation, Kornwachstum, Diffusionskriechen und Phasenumwandlungen (z.B. Ausscheidungshärtung oder martensitische Umwandlungen bei geeigneten Legierungen).

Makroskopisch manifestieren sich thermische Effekte u.a. in thermisch induzierten Spannungen aufgrund ungleichmäßiger Erwärmung oder unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten in Verbundsystemen. Diese Spannungen können zur Rissbildung, Delamination oder zum thermischen Schockversagen führen. Die temperaturabhängige Änderung mechanischer Eigenschaften (Streckgrenze, Zähigkeit, Kriechbeständigkeit) ist dabei entscheidend für die Auslegung von Hochtemperaturbauteilen.

Weitere zentrale Aspekte sind thermische Ermüdung infolge zyklischer Temperaturwechsel sowie die Kopplung von thermischen mit elektrischen oder magnetischen Größen, etwa in thermoelektrischen oder magnetokalorischen Materialien. Für die Beschreibung thermischer Effekte werden transporttheoretische Konzepte (Wärmeleitung, Konvektion, Strahlung) mit phasenthermodynamischen und kinetischen Modellen kombiniert, um Werkstoffverhalten unter realen Einsatzbedingungen zuverlässig zu prognostizieren.