Prądy konwekcyjne występują z powodu różnicy gęstości między gorącymi i zimnymi cieczami. Płyn nagrzewany od dołu rozszerza się i wznosi. Kiedy płyn staje się chłodny, kurczy się i opada. Ten ciągły cykl ekspansji i kurczenia się powoduje powstawanie komórek konwekcyjnych.
Konwekcja jest jedyną z trzech metod wymiany ciepła, która obejmuje ruch materii. Pozostałe dwie metody, przewodzenie i promieniowanie, przenoszą ciepło między względnie stacjonarnymi cząstkami ośrodka lub bez potrzeby stosowania medium.
Zmniejszenie gęstości, które towarzyszy ogrzewaniu, wyjaśnia prawo gazu idealnego. Przy stałym ciśnieniu temperatura gazu jest wprost proporcjonalna do jego objętości. Wraz ze wzrostem temperatury zwiększa się również energia kinetyczna cząsteczek lub atomów gazu. Im bardziej energetyczne są te cząsteczki gazu, tym szybciej się poruszają. Zakładając stały średni czas zderzeń między cząsteczkami gazu, wzrost prędkości odpowiada większej średniej odległości przebytej między zderzeniami, co odpowiada większej objętości zajmowanej przez tę samą liczbę cząsteczek.
Ponieważ objętość jest odwrotnie proporcjonalna do gęstości dla tej samej masy, ten wzrost objętości wraz ze wzrostem temperatury odpowiada spadkowi gęstości. Mniej gęste płyny unoszą się na wierzchu gęstszych płynów, więc cieplejszy, lżejszy gaz płynie po chłodniejszym, gęstszym gazie. Podobne zasady można zastosować do cieczy, które ulegają mniejszemu rozszerzaniu i kurczeniu się odpowiednio przy grzaniu i chłodzeniu.
