As correntes de convecção ocorrem devido à diferença de densidade entre os fluidos quentes e frios. Um fluido que é aquecido por baixo se expande e sobe. Quando esse fluido esfria, ele se contrai e afunda. Este ciclo contínuo de expansão e contração causa células de convecção.
A convecção é o único dos três métodos de transferência de calor que envolve o movimento da matéria. Os outros dois métodos, condução e radiação, transferem calor entre partículas de meio relativamente estacionárias ou sem a necessidade de um meio, respectivamente.
A diminuição da densidade que acompanha o aquecimento é explicada pela lei dos gases ideais. Em pressão constante, a temperatura de um gás é diretamente proporcional ao seu volume. À medida que a temperatura aumenta, a energia cinética das moléculas de gás ou átomos também aumenta. Quanto mais energéticas são essas moléculas de gás, mais rápido elas se movem. Assumindo um tempo médio constante para colisões entre moléculas de gás, um aumento na velocidade corresponde a uma distância média maior percorrida entre as colisões, o que corresponde a um volume maior sendo ocupado pelo mesmo número de moléculas.
Como o volume é inversamente proporcional à densidade para a mesma massa, esse aumento no volume com o aumento da temperatura corresponde a uma diminuição na densidade. Os fluidos menos densos flutuam sobre os fluidos mais densos, de modo que o gás mais quente e mais leve flutua no gás mais frio e mais denso. Princípios semelhantes podem ser aplicados a líquidos, que sofrem menos expansão e contração com aquecimento e resfriamento, respectivamente.
