Curenții de convecție apar datorită diferenței de densitate dintre fluidele calde și cele reci. Un fluid care este încălzit de jos în sus se extinde și crește. Când acest lichid se răcește, se contractă și se scufundă. Acest ciclu continuu de expansiune și contracție cauzează celulele de convecție.
Convecția este singura dintre cele trei metode de transfer de căldură care implică mișcarea materiei. Celelalte două metode, conducerea și radiația, transferă căldura între particulele medii relativ staționare sau fără a avea nevoie de un mediu deloc.
Scăderea densității care însoțește încălzirea se explică prin legea ideală privind gazele. La presiune constantă, temperatura unui gaz este direct proporțională cu volumul său. Pe măsură ce crește temperatura, crește și energia cinetică a moleculelor sau a atomilor de gaze. Cu cât sunt mai energice aceste molecule de gaze, cu atât se mișcă mai repede. Presupunând un timp mediu constant pentru coliziuni între moleculele de gaz, o creștere a vitezei corespunde unei distanțe medii mai mari parcursă între coliziuni, care corespund unui volum mai mare ocupat de același număr de molecule.
Deoarece volumul este invers proporțional cu densitatea pentru aceeași masă, această creștere a volumului cu o creștere a temperaturii corespunde unei scăderi a densității. Fluidele mai puțin dense plutesc peste fluidele mai dense, astfel că gazul mai fierbinte, mai ușor, plutește pe gazul mai rece și mai dens. Principii similare pot fi aplicate în cazul lichidelor care suferă mai puțină expansiune și contracție cu încălzirea și răcirea.
