Hiện tượng đối lưu là sự trao đổi nhiệt bằng các dòng vật chất chuyển động, xảy ra khi có sự trênh lệch nhiệt độ giữa các vùng của chất lưu.
Chất lưu là chất có thể chảy được bao gồm các chất lỏng, chất khí, plasma.
Dòng chảy của chất lưu khi xảy ra hiện tượng đối lưu (màu đỏ ứng với nhiệt độ cao). Phần chất lưu gần nguồn nhiệt nóng sẽ chuyển động lên trên, phần chất lưu lạnh gần đó sẽ chuyển động lại gần nguồn nhiệt để bù lại phần chất lưu nóng chuyển lên cao. Nhờ đó mà toàn bộ chất lưu trong không gian kín được làm nóng lên.
Độ nhớt của một chất lưu là thông số đại diện cho ma sát trong của dòng chảy. Khi các dòng chất lưu sát kề có tốc độ chuyển động khác nhau, ngoài sự va đập giữa các phần tử vật chất còn có sự trao đổi xung lượng giữa chúng. Những phần tử trong dòng chảy có tốc độ cao sẽ làm tăng động năng của dòng có tốc độ chậm và ngược lại phần tử vật chất từ các dòng chảy chậm sẽ làm kìm hãm chuyển động của dòng chảy nhanh.
Hiện tượng đối lưu tự nhiên:
Khi có nguồn nhiệt, phần chất lưu gần nguồn nhiệt sẽ nóng hơn các nơi khác, nhiệt độ tăng thì thể tích của phần chất lưu đó cũng tăng và làm cho khối lượng riêng giảm. Lực đẩy Ác-si-mét tác dụng vào phần chất nhẹ, khiến nó nổi lên. Một lượng chất lưu lạnh hơn từ địa điểm gần nguồn nhiệt sẽ di chuyển vào bù lại phần chất lưu nóng đã nổi lên.
Trong tự nhiên, hiện tượng đối lưu trên bề mặt Trái Đất tạo ra các dòng biển nóng và lạnh chảy, các cơn gió biển, các dòng khí nóng và lạnh tạo nên xoáy lốc… Trong vũ trụ, plasma chảy thành dòng trong một số ngân hà và tinh vân.
Dòng không khí nóng từ nguồn nhiệt nổi lên do hiện tượng đối lưu chuyển động dọc theo xoắn giấy, dòng không khí lạnh xung quanh chuyển động bù vào làm cho xoắn giấy quay tròn.