Les courants de convection se produisent en raison de la différence de densité entre les fluides chauds et froids. Un fluide chauffé par le bas se dilate et monte. Lorsque ce fluide se refroidit, il se contracte et coule. Ce cycle continu d'expansion et de contraction provoque des cellules de convection.
La convection est la seule des trois méthodes de transfert de chaleur à impliquer le mouvement de la matière. Les deux autres méthodes, conduction et rayonnement, transfèrent la chaleur entre des particules de milieu relativement stationnaires ou sans avoir besoin du tout d'un milieu, respectivement.
La diminution de densité qui accompagne le chauffage s'explique par la loi des gaz parfaits. A pression constante, la température d'un gaz est directement proportionnelle à son volume. Lorsque la température augmente, l'énergie cinétique des molécules de gaz ou des atomes augmente également. Plus ces molécules de gaz sont énergétiques, plus elles se déplacent rapidement. En supposant un temps moyen constant pour les collisions entre les molécules de gaz, une augmentation de la vitesse correspond à une plus grande distance moyenne parcourue entre les collisions, ce qui correspond à un plus grand volume occupé par le même nombre de molécules.
Parce que le volume est inversement proportionnel à la densité pour une même masse, cette augmentation de volume avec une augmentation de la température correspond à une diminution de la densité. Les fluides moins denses flottent au-dessus des fluides plus denses, de sorte que le gaz le plus chaud et le plus léger flotte sur le gaz le plus froid et le plus dense. Des principes similaires peuvent être appliqués aux liquides, qui subissent moins de dilatation et de contraction avec le chauffage et le refroidissement respectivement.
