Разрыхление и раздробление горных пород, происходящее под влиянием суточных изменений температуры и замерзания воды в порах и трещинах породы, называется физическим выветриванием.
Замерзание воды в трещинах, сопровождающееся увеличением её объёма, в процессах выветривания имеет большое значение там, где температуры колеблются около 0°, — в полярных странах, в высокогорных областях вблизи снеговой линии. Разрушение породы, вызванное изменением объёма воды вследствие её попеременного таяния и замерзания, называют морозным выветриванием. Морозное выветривание в умеренных широтах проявляется только спорадически, при переходе от лета к зиме и обратно, а в постоянно тёплых и сухих местностях его нет вовсе. Вода, замерзающая в мелких порах или капиллярных трещинах, с огромной силой разрывает породу и способствует её распаду на угловатые обломки различной величины. В Хибинах и других горных районах таким путём образуются целые россыпи камней, сползающие затем по склонам горных массивов в форме каменных потоков, или курумов. Давление замерзающей воды на стенки трещин доходит до 6 тыс. кг на 1 кв. см.
Особенно велика и универсальна в физическом выветривании роль изменений температуры. При этом важен не размах температурных колебаний, а быстрота их, так как чем быстрее следуют друг за другом сжатие и расширение частей породы, тем скорее последняя разрушается. Значит, амплитуда между зимой и летом не имеет значения, и главным фактором является суточная амплитуда. Энергичнее всего идёт физическое выветривание в сухом климате (пустыни, высокогорья), потому что отсутствие влаги сильно сокращает и время нагревания, и время охлаждения, тогда как влажные породы, из-за большой теплоёмкости воды, медленно нагреваются и медленно остывают.
В физическом выветривании ведущая роль принадлежит не температуре воздуха, а непосредственному нагреванию породы солнечными лучами: температурное выветривание есть главным образом следствие прямой инсоляции.
По причине малой теплопроводности горных пород верхний слой породы при нагревании становится теплее, чем глубже лежащий. Стремясь к расширению, верхний слой испытывает противодействие со стороны сил сцепления, связывающих его с остальной массой породы, и возникают системы тончайших трещин, параллельных поверхности породы. Наоборот, ночью верхний слой охлаждается сильнее ниже лежащих и стремится сжаться. Но так как и этому мешает сцепление с остальной массой породы, он вновь разбивается сетью волосных трещин, на этот раз перпендикулярных к поверхности породы. Таким образом, поверхностный слой оказывается пронизанным сетью взаимно пересекающихся трещин, раскалывающих его на куски разной величины. Обломки породы сносятся действием силы тяжести, ветром, дождевыми струями и т. п., обнажая тем самым свежие поверхности породы, которые затем в свою очередь подвергаются выветриванию.
Так идёт разрушение породы однородного состава и однородно окрашенной. Если порода состоит из различных минералов или неодинаково окрашена в разных своих частях, явление протекает сложнее, потому что различные минералы обладают неодинаковыми коэффициентами расширения, а несходство в окраске минералов вызовет различное поглощение ими тепла. Создадутся дополнительные температурные контрасты непосредственно в поверхностном слое породы, и в нём же возникнут неравномерные сжатия и расширения. Всё это поведёт к ускорению процессов разрыхления поверхностного слоя. Осадочные породы под влиянием температурных колебаний разрушаются меньше, чем изверженные, потому что в них, в отличие от изверженных, между отдельными слагающими породу зёрнами всегда есть тонкая плёнка цементирующего вещества, которая играет роль упругой подушки, уступающей давлению разделяемых ею расширяющихся частиц.
В результате физического выветривания порода распадается либо на составляющие её минералы, и каждый минерал обособляется от других, либо на обломки, которые во всём, кроме размера, напоминают исходную породу. Распадение на минералы свойственно обычно крупнозернистым породам, например многим гранитам. По мере того как порода дробится на всё более и более мелкие обломки, интенсивность физического выветривания ослабевает: чем меньше обломок, тем однороднее его температура и, стало быть, тем меньше внутренние противоречия его теплового состояния.