Der Prozess der Konvektion ist das Hauptmittel der Wärmeübertragung innerhalb einer Flüssigkeit, die einer Wärmequelle ausgesetzt ist. Üblicherweise wird das Fluid, das eine Flüssigkeit oder ein Gas sein kann, von unten durch eine warme Oberfläche erwärmt; Der Temperaturanstieg führt zu einer Abnahme der Dichte, wodurch die Flüssigkeit ansteigt und kühlere Flüssigkeit nach innen strömt, um sie zu ersetzen. Beim Aufsteigen gibt es Wärme an seine Umgebung ab, wird dichter und schwerer als die darunter liegende Flüssigkeit. Es kann nicht durch diese aufsteigende Flüssigkeit absteigen, also breitet es sich horizontal aus, bevor es zur Oberfläche zurückfällt und von der aufsteigenden Flüssigkeit zu seinem Ausgangspunkt gezogen wird. Dieses System ist als Konvektionszelle bekannt und ist ein Merkmal der Fluiddynamik, das in einer Vielzahl von Situationen beobachtet werden kann, von Wasser, das in einem Topf erhitzt wird, bis hin zu Prozessen auf planetarer oder stellarer Ebene.
In der Erdatmosphäre gibt es Konvektionszellen in großem Maßstab: Die äquatorialen Regionen erhalten mehr Wärme von der Sonne als die Pole, wodurch warme Luft aufsteigt und dann in höhere Breiten strömt, wo sie absinkt, um zurück zum Äquator zu fließen und eine riesige Konvektionszelle zu bilden beiderseits. Diese werden als Hadley-Zellen bezeichnet. Wasserdampf in der aufsteigenden Luft kondensiert, wenn sich die Luft in höheren Lagen abkühlt und kann hoch aufragende Cumulonimbus-Wolken bilden, die Gewitter erzeugen. Die Luft fällt im Allgemeinen etwa 30 Grad nördlich und südlich des Äquators ab, wobei sie zu diesem Zeitpunkt den größten Teil ihrer Feuchtigkeit verloren hat; Daher sind diese Regionen normalerweise trocken und enthalten einige der größten Wüsten der Welt. Die anschließende Luftbewegung zurück in Richtung Äquator ist für die Passatwinde verantwortlich.
Wärme aus dem Erdkern hält die Zirkulation von heißem, flüssigem Gestein im oberen Erdmantel aufrecht und bildet Konvektionszellen unter der Erdkruste. Die resultierende Bewegung von geschmolzenem oder halbgeschmolzenem Gestein treibt den als Plattentektonik bekannten Prozess an, der für die Aufspaltung der Kruste in kontinentale „Platten“ verantwortlich ist, die sich relativ zueinander bewegen. Dieses Phänomen ist für Erdbeben und vulkanische Aktivität verantwortlich. Bereiche der Erdoberfläche, die direkt über einer Konvektionszelle liegen, können sich aufspalten und auseinander bewegen und neue Platten bilden, wie zum Beispiel im afrikanischen Rift Valley. Eine bestehende Platte, angetrieben durch Konvektionsströme darunter, kann in eine andere Platte stoßen und Gebirgszüge wie den Himalaya bilden.
Konvektionszellen gibt es auch in der Sonne. Bilder der Sonnenoberfläche zeigen eine körnige Struktur, die aus hellen, heißen Bereichen besteht, die von dunkleren, kühleren Grenzen umgeben sind. Jedes Körnchen bezeichnet die Spitze einer Konvektionszelle, die durch Plasma gebildet wird, das von unten erhitzt wird und an die Oberfläche steigt, sich abkühlt, sich ausbreitet und an der Grenze wieder absinkt.