Luonnollinen konvektio on eräänlainen lämmönsiirto, jossa muiden kuin ihmisten voimat vaikuttavat nesteiden, kuten kaasujen ja nesteiden, jäähdytykseen ja lämmitykseen. Lämmönsiirto luo kierron, jota kutsutaan konvektiovirraksi ja jossa lämmin neste korvataan jäähdyttimellä. Kaikki nesteet ja aineet koostuvat pienistä rakennuspalikoista, joita kutsutaan atomeiksi, jotka ryhmitellään yhteen molekyyleiksi. Näiden molekyylien liike aiheuttaa nesteiden nousun tai laskun.
Luonnollinen konvektio auttaa selittämään monia maapallon luonnollisia järjestelmiä, kuten valtameren virtauksia ja ilmakehän kerroksia. Se on toisin kuin pakotettu konvektio, joka toimii samalla periaatteella, mutta sisältää lämmönlähteen, jonka ovat luoneet ihmisen tekemät laitteet, kuten ilman tai veden tuulettimet, jotka nopeuttavat lämmönsiirtosykliä. Sekä pakotettua että luonnollista konvektiota voidaan käyttää tiettyihin tarkoituksiin, kuten asuntojen lämmitykseen tai kunnalliseen vesihuoltoon.
Lämmönlähteen, kuten auringon tai maanalaisen lämmön vaikutuksesta nesteet nousevat usein ylös. Esimerkiksi kun aurinko lämmittää maan pintaa, maan ilma on lähes aina lämpimämpää kuin korkeampi taivas. Lämpö laajentaa molekyylien välisiä tiloja, jolloin ilma muuttuu kevyemmäksi ja nostaa sen pinnan yläpuolelle. Kun ilma nousee kauemmas kuumasta maasta, molekyylit jäähtyvät ja puristuvat. Tätä kylmempää ja raskaampaa ilmaa vetää sitten painovoima alaspäin, missä se lämpenee uudelleen ja aloittaa syklin uudestaan.
Merivirrat syntyvät myös luonnollisen konvektion vuoksi, yhdistettynä tuulen ja suolaveden tiheyden muutoksiin. Veden pinnan yli kulkevat kylmät tuulet aiheuttavat molekyylien puristumisen ja vajoamisen merenpohjaa kohti. Kun vesi lähestyy päiväntasaajaa, se lämpenee ja nousee jälleen. Tämä luo valtavia valtamerivirtoja, jotka virtaavat mantereen rannikolla ja vaikuttavat ympäröivien maa -alueiden säähän.
Tyypillisesti tärkeä osa luonnollisessa konvektiossa on Newtonin jäähdytyslaki. Tämä tieteellinen laki sanoo, että nopeus, jolla aine menettää lämpöä, liittyy suoraan siihen vaikuttavan esineen lämpötilaan. Toisin sanoen, mitä kylmempi esine on, sitä enemmän lämpöä neste menettää. Yksi esimerkki tästä laista toiminnassa on jääkuutioiden lisääminen juomaan – yksi kuutio vie vain pienen osan lämpöä, mutta kourallinen jäähdyttää juoman paljon nopeammin.