Konveksi bebas, juga dikenal sebagai konveksi alami, adalah fenomena yang terjadi ketika cairan atau gas bergerak sebagai akibat dari perubahan densitas yang terjadi di dalamnya, bukan sebagai respons terhadap sumber gerakan eksternal seperti kipas atau turbin. Konveksi alami dapat dilihat, tidak mengherankan, di alam, di mana ia berperan dalam sejumlah proses alam yang berbeda, dan juga dapat dilihat dalam pengaturan yang dikendalikan manusia, mulai dari dapur hingga laboratorium kimia. Ini berbeda dari konveksi paksa, di mana gerakan dipaksa oleh gerakan perangkat seperti kipas, seperti yang terlihat dalam oven konveksi.
Konveksi alami terjadi ketika cairan menjadi tidak stabil. Satu area menjadi lebih hangat daripada yang lain, kehilangan kepadatan, dan mulai naik, menciptakan arus kecil. Saat naik, panas dipindahkan ke cairan dingin di sekitarnya. Arus dan pusaran muncul. Dalam contoh sederhana konveksi alami, jika seseorang meneteskan air panas yang diwarnai dengan pewarna makanan ke dalam mangkuk kaca bening berisi air dingin yang tidak diwarnai, akan memungkinkan untuk melacak pergerakan air yang diwarnai sampai campurannya stabil dan gerakannya berhenti.
Hukum Pendinginan Newton memainkan peran penting dalam konveksi bebas. Menurut Newton, laju perubahan suhu-bijaksana dalam fluida dapat dilihat sebagai sebanding dengan perbedaan antara fluida dan lingkungan. Ini mempengaruhi konveksi bebas, karena perubahan suhu menciptakan ketidakstabilan, yang mengarah ke konveksi bebas. Misalnya, sistem cuaca sangat dipengaruhi oleh pergerakan udara panas dan dingin yang dipengaruhi oleh radiasi matahari, kontak dengan air dingin, dan lain sebagainya.
Sirkulasi lautan dunia adalah konsekuensi langsung dari konveksi bebas. Saat air bergerak menuju kutub, ia mendingin dan menjadi lebih padat, tenggelam ke dasar. Sementara itu, air yang bergerak menuju ekuator memanas dan menjadi lebih ringan, naik ke permukaan. Ini menciptakan serangkaian arus kompleks di seluruh lautan yang menghasilkan sirkulasi terus menerus, menjaga air di lautan dalam gerakan konstan.
Teori konveksi juga menjelaskan proses alam lainnya, seperti pergerakan cairan di bawah kerak bumi. Pergeseran cairan di bawah kaki kita memainkan peran dalam sejumlah proses alami, dengan cairan ini terus bergerak sebagai akibat dari perubahan suhu di dalam Bumi. Arus konveksi juga dapat saling bersinggungan, terlihat pada interaksi antara laut dan sistem cuaca di atas dan di dekat lautan yang dipengaruhi oleh perubahan suhu yang disebabkan oleh pergerakan arus laut.