La compensation thermique est l'un des plus anciens défis techniques de l'horlogerie mécanique, et à ce jour il n'existe pas de solution unique valide pour tous les mouvements. Le principe est simple : tout matériau change de dimension avec la température, et dans un mouvement de précision même des variations de quelques degrés produisent des erreurs de marche mesurables.
Le point critique est le balancier avec son spiral. Quand la température monte, le métal s'amollit légèrement et le spiral perd de sa rigidité : le balancier oscille plus lentement, la montre retarde. La première réponse historique fut le balancier bimétallique, déjà connu au dix-huitième siècle : la virole est composée de deux métaux laminés ensemble — généralement laiton et acier — avec des coefficients de dilatation différents. La virole est coupée en deux points. Avec la chaleur, les deux moitiés se courbent vers le centre, déplaçant la masse vers l'axe et accélérant le balancier juste assez pour compenser la relaxation du spiral. Le Calibre 135 Observatoire portait un balancier bimétallique fendu avec des vis d'inertie réglables : raffinement maximal, mais aussi sensibilité maximale à toute variation du réglage. Harrison avait déjà appliqué le même principe au pendule de son H1, exploitant des matériaux à dilatation différentielle pour maintenir constante la longueur effective du pendule même en mer.
Le vingtième siècle a déplacé le problème de la géométrie du balancier vers les matériaux du spiral. Le Nivachron et, plus tard, le silicium ont presque éliminé la dérive thermique du ressort. La Spiromax de Patek Philippe, développée avec le CSEM et introduite en 2006, utilise des couches de dioxyde de silicium à la surface du spiral en silicium pour obtenir un coefficient d'élasticité thermique proche de zéro. Le balancier Glucydur — alliage béryllium-cuivre — fonctionne dans la même direction : densité élevée, dilatation faible, et dans la version free-sprung il élimine aussi les incertitudes introduites par la râquette.
Dans les mouvements à quartz, le problème se transforme : le cristal de quartz change de fréquence de résonance avec la température de manière prévisible et mesurable. Un quartz thermocompensé — comme l'ETA G10.212 AD — lit continuellement la température et corrige électroniquement la fréquence, atteignant des précisions de l'ordre de ±10 secondes par an qu'aucun balancier mécanique ne peut approcher en usage quotidien.
Dans les systèmes à fluide comme la Ressence Type 3 et les montres HYT, le problème est physiquement différent : l'huile ou le liquide s'étend avec la chaleur et crée des pressions internes qui déforment la lecture ou risquent de détacher le cristal. La solution est des soufflets compensateurs — sept dans le Type 3 — qui absorbent la variation de volume sans transférer de pression au cristal. Dans les ressorts HYT, le soufflet compensateur est intégré dans le système hydraulique lui-même. Du pendule invar aux spirals en silicium, chaque époque a trouvé son propre langage pour répondre à la même physique.