聚四氟乙烯在-196~260℃的溫度范圍內保持優異的機械性能，而全氟碳聚合物的特點之一是在低溫下不脆。 PTFE在低于260℃的正常使用溫度下具有良好的熱穩定性，但在較高溫度下會發生熱降解。熱降解率與溫度、時間、壓力和周圍環境等因素有關。
高溫下聚四氟乙烯的熱量降解速度慢，釋放微量分解產物。 PTFE在空氣中的熱降解速度比在真空中快，真空狀態下的熱降解產物幾乎都是四氟乙烯單體，但在空氣中的熱降解產物非常復雜，除了四氟乙烯。除單體外，還包括氟光氣、全氟異丁烯等。
聚四氟乙烯產品從 23°C 到 -196°C 收縮 2%，從 23°C 到 249°C 膨脹 4%，這是重要的設計和應用數據。 19°C的晶體轉變點附近會發生較大的線膨脹變化，因此加工時應避免19°C，23~25°C操作更安全。
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