Prirodna konvekcija je vrsta prijenosa topline u kojoj neljudske sile utječu na hlađenje i zagrijavanje tekućina, kao što su plinovi i tekućine. Prijenos topline stvara ciklus koji se zove konvekcijska struja gdje se topla tekućina zamjenjuje hladnijom. Sve tekućine i materija izrađene su od sićušnih građevnih blokova zvanih atomi, koji se grupiraju u molekule. Kretanje ovih molekula je ono što uzrokuje dizanje ili spuštanje tekućina.
Prirodna konvekcija pomaže objasniti mnoge Zemljine prirodne sustave, kao što su oceanske struje i atmosferski slojevi. To je u suprotnosti s prisilnom konvekcijom, koja radi na istom principu, ali ima izvor topline stvoren od strane umjetnih uređaja, kao što su zračni ili vodeni ventilatori koji ubrzavaju ciklus prijenosa topline. I prisilna i prirodna konvekcija mogu se koristiti za posebne namjene, kao što su grijanje domova ili komunalna vodoopskrba.
Kada na njih djeluje izvor topline, kao što je sunce ili podzemna toplina, tekućine se često podižu. Na primjer, kada sunce zagrije površinu Zemlje, zrak na tlu je gotovo uvijek topliji od zraka više na nebu. Toplina širi prostor između molekula, čineći zrak lakšim i podižući ga iznad površine. Kako se zrak uspinje dalje od vrućeg tla, molekule se hlade i sabijaju. Ovaj hladniji i teži zrak se zatim gravitacijom povlači prema dolje, gdje se ponovno zagrijava i iznova započinje ciklus.
Oceanske struje također nastaju zbog prirodne konvekcije, u kombinaciji s promjenama vjetra i gustoćom slane vode. Hladni vjetrovi koji prolaze preko površine vode uzrokuju da se molekule stisnu i potonu prema dnu oceana. Kako se voda približava ekvatoru, zagrijava se i ponovno raste. To stvara ogromne oceanske struje koje teku duž kontinentalnih obala i utječu na vrijeme na okolnim kopnenim regijama.
Obično je važna komponenta prirodne konvekcije Newtonov zakon hlađenja. Ovaj znanstveni zakon kaže da je brzina kojom tvar gubi toplinu izravno povezana s temperaturom objekta koji djeluje na nju. Drugim riječima, što je predmet hladniji, to će tekućina izgubiti više topline. Jedan primjer ovog zakona na djelu je učinak dodavanja kockica leda u piće – jedna kocka će oduzeti samo mali dio topline, ali šaka će ohladiti piće mnogo brže.