Le correnti di convezione si verificano a causa della differenza di densità tra i fluidi caldi e freddi. Un fluido che viene riscaldato dal basso si espande e si alza. Quando questo fluido diventa freddo, si contrae e affonda. Questo ciclo continuo di espansione e contrazione provoca cellule di convezione.
La convezione è l'unico dei tre metodi di trasferimento del calore a coinvolgere il movimento della materia. Gli altri due metodi, conduzione e radiazione, trasferiscono il calore tra particelle medie relativamente stazionarie o senza la necessità di un mezzo, rispettivamente.
La diminuzione della densità che accompagna il riscaldamento è spiegata dalla legge del gas ideale. A pressione costante, la temperatura di un gas è direttamente proporzionale al suo volume. All'aumentare della temperatura aumenta anche l'energia cinetica delle molecole o degli atomi del gas. Più sono energiche queste molecole di gas, più velocemente si muovono. Assumendo un tempo medio costante per le collisioni tra le molecole di gas, un aumento di velocità corrisponde ad una maggiore distanza media percorsa tra le collisioni, che corrisponde ad un volume più grande occupato dallo stesso numero di molecole.
Poiché il volume è inversamente proporzionale alla densità per la stessa massa, questo aumento di volume con un aumento della temperatura corrisponde a una diminuzione della densità. Fluidi meno densi galleggiano sulla superficie di fluidi più densi, quindi il gas più caldo e più leggero galleggia sul gas più freddo e più denso. Principi simili possono essere applicati ai liquidi, che subiscono meno espansione e contrazione rispettivamente con riscaldamento e raffreddamento.
