Natürliche Konvektion ist eine Art der Wärmeübertragung, bei der nichtmenschliche Kräfte die Kühlung und Erwärmung von Flüssigkeiten, wie Gasen und Flüssigkeiten, beeinflussen. Die Wärmeübertragung erzeugt einen Zyklus, der Konvektionsstrom genannt wird, bei dem eine warme Flüssigkeit durch eine kühlere ersetzt wird. Alle Flüssigkeiten und Materie bestehen aus winzigen Bausteinen, den Atomen, die sich zu Molekülen gruppieren. Die Bewegung dieser Moleküle bewirkt, dass Flüssigkeiten steigen oder fallen.
Natürliche Konvektion hilft, viele der natürlichen Systeme der Erde zu erklären, wie zum Beispiel Meeresströmungen und die atmosphärischen Schichten. Dies steht im Gegensatz zur erzwungenen Konvektion, die nach dem gleichen Prinzip funktioniert, jedoch eine Wärmequelle aufweist, die von künstlichen Geräten wie Luft- oder Wasserventilatoren erzeugt wird, die den Wärmeübertragungszyklus beschleunigen. Sowohl erzwungene als auch natürliche Konvektion können für bestimmte Zwecke verwendet werden, beispielsweise zum Heizen von Häusern oder einer kommunalen Wasserversorgung.
Bei Einwirkung einer Wärmequelle, wie der Sonne oder der Erdwärme, steigen Flüssigkeiten oft auf. Wenn beispielsweise die Sonne die Erdoberfläche erwärmt, ist die Luft am Boden fast immer wärmer als die Luft weiter oben am Himmel. Wärme dehnt die Räume zwischen den Molekülen aus, macht die Luft leichter und hebt sie über die Oberfläche. Wenn die Luft weiter vom heißen Boden weg aufsteigt, kühlen die Moleküle ab und verdichten sich. Diese kühlere und schwerere Luft wird dann durch die Schwerkraft nach unten gezogen, wo sie sich wieder erwärmt und den Kreislauf von neuem in Gang setzt.
Meeresströmungen entstehen auch durch natürliche Konvektion, kombiniert mit Windänderungen und der Dichte des Salzwassers. Kalte Winde, die über die Wasseroberfläche ziehen, führen dazu, dass sich die Moleküle zusammendrücken und auf den Meeresboden sinken. Wenn sich das Wasser dem Äquator nähert, erwärmt es sich und steigt wieder auf. Dadurch entstehen massive Meeresströmungen, die entlang der kontinentalen Küsten fließen und das Wetter in den umliegenden Landregionen beeinflussen.
Typischerweise ist eine wichtige Komponente bei der natürlichen Konvektion das Newtonsche Kühlgesetz. Dieses wissenschaftliche Gesetz besagt, dass die Geschwindigkeit, mit der ein Stoff Wärme verliert, direkt mit der Temperatur des auf ihn einwirkenden Objekts zusammenhängt. Mit anderen Worten, je kälter das Objekt ist, desto mehr Wärme verliert die Flüssigkeit. Ein Beispiel für dieses Gesetz in Aktion ist die Wirkung des Hinzufügens von Eiswürfeln zu einem Getränk – ein Würfel nimmt nur eine kleine Portion Wärme weg, aber eine Handvoll kühlt das Getränk viel schneller.