Prosta konvekcija, znana tudi kot naravna konvekcija, je pojav, ki se pojavi, ko se tekočina ali plin premika kot posledica sprememb gostote, ki se pojavijo v njem, in ne kot odziv na zunanji vir gibanja, kot je ventilator ali turbina. Naravno konvekcijo lahko opazimo, kar ni presenetljivo, v naravi, kjer igra vlogo v številnih različnih naravnih procesih, lahko pa jo opazimo tudi v okoljih, ki jih nadzoruje človek, od kuhinje do kemijskega laboratorija. To se razlikuje od prisilne konvekcije, pri kateri je gibanje prisiljeno s gibanjem naprave, kot je ventilator, kot ga vidimo v konvekcijski peči.
Naravna konvekcija se pojavi, ko tekočine postanejo nestabilne. Eno območje postane toplejše od ostalih, izgubi gostoto in začne naraščati, kar ustvarja majhen tok. Ko se dviga, se toplota prenese na okoliško hladilno tekočino. Pojavijo se tokovi in vrtinci. V preprostem primeru naravne konvekcije, če spustimo vročo vodo, pobarvano z barvili za živila, v prozorno stekleno posodo z nebarvano hladno vodo, bo mogoče izslediti gibanje pobarvane vode, dokler se zmes ne stabilizira in gibanje ustavi.
Newtonov zakon hlajenja igra ključno vlogo pri prosti konvekciji. Po Newtonu je mogoče hitrost temperaturne spremembe znotraj tekočine obravnavati kot sorazmerno z razliko med tekočino in okolico. To vpliva na prosto konvekcijo, saj spreminjanje temperatur povzroča nestabilnost, kar vodi do proste konvekcije. Na vremenske sisteme na primer močno vpliva gibanje vročega in hladnega zraka, na katerega vpliva sončno sevanje, stik s hladno vodo itd.
Kroženje svetovnih oceanov je neposredna posledica proste konvekcije. Ko se voda premika proti polom, se ohladi in postane gostejša ter se potopi proti dnu. Medtem se voda, ki se premika proti ekvatorju, segreje in postane lažja ter se dvigne na površje. To ustvarja vrsto zapletenih tokov po vsem oceanu, ki ustvarjajo neprekinjeno kroženje in ohranjajo vodo v oceanu v stalnem gibanju.
Teorija konvekcije pojasnjuje tudi druge naravne procese, kot je gibanje tekočin pod zemeljsko skorjo. Premik tekočin pod našimi nogami igra vlogo pri številnih naravnih procesih, pri čemer se te tekočine nenehno premikajo zaradi temperaturnih sprememb znotraj Zemlje. Konvekcijski tokovi se lahko tudi sekajo med seboj, kot je razvidno iz interakcije med oceanom in vremenskimi sistemi nad in v bližini oceana, na katere vplivajo temperaturne spremembe, ki jih povzročajo gibanje oceanskih tokov.