التمدد الحراري السلبي Negative thermal expansion هي ظاهرة فيزيائية كيميائية تظهر عند بعض المواد فيما يخص العلاقة بين الكثافة ودرجة الحرارة، إذ تظهر هذه المواد كثافة أقل مع انخفاض درجة الحرارة، أي أنها تتمدد مع انخفاض درجة الحرارة.
توصف هذه الظاهرة بالشذوذ، إذ أن أغلب المواد تبدي منحى عكسياً فيما يخص العلاقة بين الكثافة ودرجة الحرارة، فهي يقل حجمها أو تنكمش مع التبريد، بالتالي يحدث ازدياد في الكثافة.