Las corrientes de convección se producen debido a la diferencia de densidad entre los fluidos calientes y fríos. Un fluido que se calienta desde abajo se expande y aumenta. Cuando este fluido se enfría, se contrae y se hunde. Este ciclo continuo de expansión y contracción causa células de convección.
La convección es el único de los tres métodos de transferencia de calor que involucra el movimiento de la materia. Los otros dos métodos, la conducción y la radiación, transfieren calor entre partículas de medio relativamente estacionarias o sin la necesidad de un medio, respectivamente.
La disminución de la densidad que acompaña al calentamiento se explica por la ley del gas ideal. A presión constante, la temperatura de un gas es directamente proporcional a su volumen. A medida que aumenta la temperatura, también aumenta la energía cinética de las moléculas de gas o los átomos. Cuanto más energéticas son estas moléculas de gas, más rápido se mueven. Suponiendo un tiempo promedio constante para las colisiones entre moléculas de gas, un aumento en la velocidad corresponde a una distancia promedio mayor recorrida entre las colisiones, que corresponde a un mayor volumen ocupado por el mismo número de moléculas.
Debido a que el volumen es inversamente proporcional a la densidad para la misma masa, este aumento en el volumen con un aumento en la temperatura corresponde a una disminución en la densidad. Los fluidos menos densos flotan sobre los fluidos más densos, por lo que el gas más caliente y liviano flota sobre el gas más frío y denso. Se pueden aplicar principios similares a los líquidos, que sufren menos expansión y contracción con el calentamiento y enfriamiento respectivamente.
