Brīvā konvekcija, kas pazīstama arī kā dabiskā konvekcija, ir parādība, kas rodas, kad šķidrums vai gāze pārvietojas blīvuma izmaiņu rezultātā, kas notiek tajā, nevis reaģējot uz ārēju kustības avotu, piemēram, ventilatoru vai turbīnu. Dabisko konvekciju nepārsteidzoši var redzēt dabā, kur tai ir nozīme vairākos dažādos dabas procesos, un to var redzēt arī cilvēka kontrolētos apstākļos, sākot no virtuves līdz ķīmijas laboratorijai. Tas atšķiras no piespiedu konvekcijas, kurā kustību piespiež tādas ierīces kā ventilatora kustība, kā tas ir redzams konvekcijas krāsnī.
Dabiskā konvekcija notiek, kad šķidrumi kļūst nestabili. Viens apgabals kļūst siltāks nekā pārējais, zaudējot blīvumu, un tas sāk celties, radot nelielu strāvu. Paceļoties, siltums tiek pārnests uz apkārtējo dzesētāja šķidrumu. Parādās straumes un virpuļi. Vienkāršā dabiskās konvekcijas piemērā, ja caurspīdīgā stikla traukā ar nekrāsotu aukstu ūdeni iepilina karstu ūdeni, kas krāsots ar pārtikas krāsvielu, būs iespējams izsekot krāsotā ūdens kustībai, līdz maisījums stabilizējas un kustība apstājas.
Ņūtona dzesēšanas likumam ir būtiska loma brīvajā konvekcijā. Saskaņā ar Ņūtona teikto, temperatūras maiņas ātrumu šķidrumā var uzskatīt par proporcionālu šķidruma un apkārtnes starpībai. Tas ietekmē brīvo konvekciju, jo mainīgas temperatūras rada nestabilitāti, kas izraisa brīvu konvekciju. Piemēram, laikapstākļu sistēmas spēcīgi ietekmē karstā un aukstā gaisa kustība, ko ietekmē saules starojums, kontakts ar aukstu ūdeni utt.
Pasaules okeāna cirkulācija ir tiešas brīvas konvekcijas sekas. Kad ūdens virzās uz poliem, tas atdziest un kļūst blīvāks, nogrimstot apakšā. Tikmēr ūdens, kas virzās uz ekvatoru, sasilst un kļūst vieglāks, paceļoties uz virsmu. Tas rada virkni sarežģītu straumju visā okeānā, kas rada nepārtrauktu cirkulāciju, uzturot ūdeni okeānā pastāvīgā kustībā.
Konvekcijas teorija izskaidro arī citus dabiskos procesus, piemēram, šķidrumu kustību zem Zemes garozas. Šķidrumu nobīdei zem kājām ir nozīme vairākos dabas procesos, un šie šķidrumi pastāvīgi pārvietojas temperatūras izmaiņu rezultātā Zemes iekšienē. Konvekcijas straumes var arī krustoties savā starpā, kā redzams mijiedarbībā starp okeānu un laikapstākļu sistēmām virs un pie okeāna, ko ietekmē temperatūras izmaiņas, ko izraisa okeāna straumju kustība.