El proceso de convección es el principal medio de transferencia de calor dentro de un fluido que está expuesto a una fuente de calor. Por lo general, el fluido, que puede ser un líquido o un gas, se calienta desde abajo mediante una superficie cálida; el aumento de temperatura da como resultado una disminución de la densidad, lo que hace que el líquido suba y que el líquido más frío fluya hacia adentro para reemplazarlo. A medida que asciende, pierde calor en su entorno, volviéndose más denso y pesado que el fluido de abajo. No puede descender a través de este fluido ascendente, por lo que se propaga horizontalmente antes de caer hacia la superficie y ser atraído hacia su punto de partida por el fluido ascendente. Este sistema se conoce como celda de convección y es una característica de la dinámica de fluidos que se puede observar en una variedad de situaciones, desde agua que se calienta en una olla hasta procesos a escala planetaria o estelar.
La atmósfera de la Tierra presenta celdas de convección a gran escala: las regiones ecuatoriales reciben más calor del sol que los polos, lo que hace que el aire caliente se eleve y luego fluya hacia latitudes más altas, donde desciende para fluir hacia el ecuador, formando una enorme celda de convección. a cada lado. Estos se conocen como células de Hadley. El vapor de agua en el aire ascendente se condensa a medida que el aire se enfría a mayores altitudes y puede formar nubes cumulonimbus que producen tormentas eléctricas. El aire generalmente desciende unos 30 grados al norte y al sur del ecuador, momento en el que ha perdido la mayor parte de su humedad; como resultado, estas regiones suelen ser áridas y contienen algunos de los grandes desiertos del mundo. El subsiguiente movimiento de aire de regreso hacia el ecuador es responsable de los vientos alisios.
El calor del núcleo de la Tierra mantiene la circulación de roca fluida y caliente en el manto superior, formando células de convección debajo de la corteza. El movimiento resultante de la roca fundida o semifundida impulsa el proceso conocido como tectónica de placas que es responsable de dividir la corteza en «placas» continentales que se mueven entre sí. Este fenómeno es responsable de los terremotos y la actividad volcánica. Las áreas de la superficie de la Tierra que se encuentran directamente sobre una celda de convección pueden dividirse y separarse, formando nuevas placas, como en el Valle del Rift de África. Una placa existente, impulsada por corrientes de convección debajo, puede empujar hacia otra placa, construyendo cadenas montañosas como el Himalaya.
Las células de convección también existen en el sol. Las imágenes de la superficie del sol revelan una estructura granular que consta de áreas brillantes y calientes rodeadas por límites más oscuros y fríos. Cada gránulo indica la parte superior de una celda de convección formada por plasma que se calienta desde abajo y sube a la superficie, enfriándose, luego extendiéndose y descendiendo nuevamente en el límite.