Toplotna konvekcija je proces, pri katerem se toplota prenaša preko predmeta, ki se segreva. To je najpogosteje vidno v tekočinah in plinih in ga je mogoče zlahka dokazati z uporabo zraka kot primera. Predstavlja enega glavnih načinov gibanja toplote, pri čemer sta prevodnost in sevanje običajna načina prenosa toplote.
Znanstveno gledano hladnost ni merljiva; preprosto je več toplote ali manj toplote. Zato toplotna konvekcija ni zgolj premikanje vročih predmetov. Gre za način, kako se temperatura kot celota skuša umiriti, bodisi glede na okolico bodisi do predmetov, zaradi katerih se segreje. Po načrtu gibanje toplejših in hladnejših plinov in tekočin povzroča splošno zmernost, čeprav popolnega ravnovesja morda nikoli ne bo mogoče doseči.
Načelo toplotne konvekcije je enostavno videti tako, da odprete vrata ogrete pečice. Ko se vrata odprejo, se iz pečice takoj dvigne naval vročega zraka. Če bi nekdo postavil majhno zastavico na dno pečice, bi zastava mahala v smeri pečice, ko se hladen zrak napolni, ko se vroč zrak dviga. Ko se ta hladnejši zrak segreje, se bo tudi dvignil.
Zrak, ki se dviga, izpodriva hladnejši zrak nad njim, pogosto ga potisne na stran in sčasoma navzdol. Ta zrak bo ostal na tej nižji ravni, dokler se ponovno ne segreje in se začne znova dvigovati. Ta proces toplotnega toka se ponavlja, dokler se vir toplote ne nevtralizira, temperatura v celotnem območju pa je konsistentna. Če se to ne zgodi, se bo postopek nadaljeval za nedoločen čas.
Postopek je viden tudi v vodi in ni vedno koristen. Na primer, če se površina jezera hitro ohladi, se voda pod njo, ki je toplejša, potisne navzgor. S tem dvigom se lahko pojavi mrtva snov, kot so alge, ki so počasi razpadale na dnu jezera. Ker je izpostavljena zraku in sončni svetlobi, razpadajoča snov poveča svojo hitrost razgradnje in lahko izgubi kisik iz jezera. Tako je v tem primeru toplotna konvekcija posredno odgovorna za veliko škodo živemu ekosistemu.
Kljub prejšnjemu primeru se toplotna konvekcija običajno šteje za koristen pojav. Večina pečic in peči deluje na principih, povezanih s toplotno konvekcijo, s čimer je življenje večine ljudi bolj udobno. Poleg tega je zmernost temperature v ekosistemu pogosto zelo koristna za oblike življenja, ki živijo v sistemu. Je tudi ena glavnih gonilnih sil v vremenu.