Slobodna konvekcija, također poznata kao prirodna konvekcija, je fenomen koji se događa kada se tekućina ili plin pomiče kao rezultat promjena gustoće koje se događaju unutar njega, a ne kao odgovor na vanjski izvor kretanja kao što je ventilator ili turbina. Prirodna konvekcija se može vidjeti, što nije iznenađujuće, u prirodi, gdje igra ulogu u brojnim različitim prirodnim procesima, a može se vidjeti i u okruženjima pod kontrolom ljudi, u rasponu od kuhinje do kemijskog laboratorija. To se razlikuje od prisilne konvekcije, u kojoj je kretanje prisiljeno pomicanjem uređaja kao što je ventilator, kao što se vidi u konvekcijskoj pećnici.
Prirodna konvekcija nastaje kada tekućine postanu nestabilne. Jedno područje postaje toplije od ostalih, gubi gustoću i počinje rasti, stvarajući malu struju. Kako se diže, toplina se prenosi na okolnu rashladnu tekućinu. Pojavljuju se struje i vrtlozi. U jednostavnom primjeru prirodne konvekcije, ako se ispusti vruća voda obojena prehrambenim bojama u prozirnu staklenu zdjelu neobojene hladne vode, bit će moguće pratiti kretanje obojene vode dok se smjesa ne stabilizira i kretanje prestane.
Newtonov zakon hlađenja igra ključnu ulogu u slobodnoj konvekciji. Prema Newtonu, brzina promjene temperature unutar tekućine može se promatrati kao proporcionalna razlici između tekućine i okoline. To utječe na slobodnu konvekciju, jer promjene temperature stvaraju nestabilnost, što dovodi do slobodne konvekcije. Na primjer, vremenski sustavi su pod jakim utjecajem kretanja toplog i hladnog zraka na koje utječe sunčevo zračenje, kontakt s hladnom vodom i tako dalje.
Kruženje svjetskih oceana izravna je posljedica slobodne konvekcije. Kako se voda kreće prema polovima, hladi se i postaje gušća, tonući prema dnu. U međuvremenu se voda koja se kreće prema ekvatoru zagrijava i postaje lakša, diže se na površinu. To stvara niz složenih struja diljem oceana koje stvaraju kontinuiranu cirkulaciju, održavajući vodu u oceanu u stalnom kretanju.
Teorija konvekcije također objašnjava druge prirodne procese, kao što je kretanje tekućina ispod Zemljine kore. Pomicanje tekućina ispod naših nogu igra ulogu u brojnim prirodnim procesima, pri čemu se te tekućine neprestano kreću kao rezultat temperaturnih promjena unutar Zemlje. Konvekcijske struje također se mogu sijeći jedna s drugom, što se vidi u interakciji između oceana i vremenskih sustava iznad i u blizini oceana na koje utječu promjene temperature uzrokovane kretanjem oceanskih struja.