Eine der bedeutendsten Eigenschaften von Quarzglas ist dessen sehr niedriger thermischer Ausdehnungskoeffizient. Der durchschnittliche Ausdehnungskoeffizient von Quarzglas liegt mit 5,0 x 10 –7/°C um ein Mehrfaches unter dem Wert anderer gebräuchlicher Werkstoffe. Um eine Größenvorstellung zu erhalten, soll verglichen werden, wie sich 1 m3 große Blöcke aus Edelstahl, Borosilikat- und Quarzglas verhalten, wenn sie in einem Ofen einer Temperatur von 500°C ausgesetzt werden. Während sich das Volumen bei Edelstahl um mehr als 28 Liter und bei Borosilikatglas immerhin noch um 5 Liter vergrößern würde, würde sich das Volumen des Quarzglasblocks um weniger als einen Liter erhöhen. Eine derart niedrige Ausdehnung lässt das Material extreme Temperatursprünge unbeschadet überstehen.
Es ist sogar möglich, dünne Quarzglasteile von über 1000°C bruchfrei abzuschrecken, indem man sie schnell in kaltes Wasser eintaucht. Dabei muss berücksichtigt werden, dass die Temperaturwechselbeständigkeit neben dem Ausdehnungskoeffizienten auch noch von anderen Faktoren wie der Oberflächenbeschaffenheit (welche die Festigkeit definiert) und der Geometrie abhängt. Die verschiedenen Quarzglasarten weisen nahezu identische Werte des thermischen Ausdehnungskoeffizienten auf, was Verbindungen zwischen den Materialien ohne zusätzliches Risiko durch thermisch induzierten Bruch gestattet.
