Konvektionsströmmar är rörelser som orsakas av temperaturförändringar i flytande eller gasformiga kroppar. I sådana kroppar tenderar varmare material att stiga och tränger undan kallare materia, som cirkulerar någon annanstans; den kontinuerliga rörelsen som skapas av denna process är känd som en konvektionscell. Konvektionsströmmar är ansvariga för många fenomen i den naturliga världen, även om deras betydelse ofta förbises. Hav, stormmoln och jordskorpan är alla storskaliga system som påverkas av dessa strömmar. På mindre skalor kan de observeras i en kastrull med kokande vatten eller en kopp kaffe.
Värme gör att enskilda materiamolekyler rör sig snabbt. I en vätska, vilket i detta fall betyder vilken flytande eller gasform som helst, expanderar dessa uppvärmda molekyler och blir mindre täta. Detta får dem att stiga i vätskan och ersätta alla kallare molekyler som redan finns. Dessa kallare molekyler kommer att röra sig någon annanstans i vätskan; om de möter en värmekälla kommer de att bli upprörda och stiga, medan de tidigare upphettade molekylerna kommer att svalna och sjunka. Denna effekt skapar konvektionsceller, vilket i sin tur orsakar konvektionsströmmar.
Konvektionsströmmar orsakar de effekter som kan ses i en panna med vatten som värms upp på en spis. Vattnet i botten av pannan, närmast brännaren, värms snabbt och stiger till ytan. Bubblor visar omrörningen av upphettade vattenmolekyler, som cirkulerar värmen tills allt vatten kokar. Effekten kan lättare observeras genom att hälla grädde i en varm kopp kaffe. Även utan omrörning kommer krämen att börja cirkulera genom det varmare kaffet, och färgskillnaden i de två vätskorna gör att konvektionsmönstren är lätta att observera.
I mycket stor skala styr konvektionsströmmar atmosfärens rörelse runt jorden. Luft som värms upp av solen rör sig in i kallare områden och områden, vilket gör att vädermönster förändras. Moln skapas när varm fuktbärande luft stiger upp och möter kallare luft på högre höjder. Konvektionscellers agerande på moln kan orsaka åskväder och ibland mer spektakulära händelser. Tornados och orkaner är båda resultatet av den våldsamma agiteringen av luft och fukt som orsakas av värme som rör sig genom atmosfären.
Bland deras olika andra effekter är konvektionsströmmar också ansvariga för jordbävningar och seismisk aktivitet. Jordens yta består av en serie fasta landmassor som flyter på strömmar av flytande sten. Denna underjordiska vätska, som kallas magma, är föremål för rörelsen av konvektionsceller, precis som andra vätskor är. Konvektionsströmmar i magman kan göra att landmassorna, så kallade tektoniska plattor, stiger eller kolliderar med varandra. Detta kan resultera i vulkanutbrott, jordbävningar och annan katastrofal seismisk aktivitet.