การพาความร้อนโดยอิสระหรือที่เรียกว่าการพาความร้อนตามธรรมชาติเป็นปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นเมื่อของเหลวหรือก๊าซเคลื่อนที่ซึ่งเป็นผลมาจากการเปลี่ยนแปลงความหนาแน่นที่เกิดขึ้นภายในแทนที่จะเป็นการตอบสนองต่อการเคลื่อนที่ภายนอกเช่นพัดลมหรือกังหัน การพาความร้อนตามธรรมชาติสามารถเห็นได้อย่างน่าประหลาดใจในธรรมชาติที่มันมีบทบาทในกระบวนการทางธรรมชาติที่แตกต่างกันจำนวนมากและยังสามารถเห็นได้ในการตั้งค่าที่มนุษย์ควบคุมโดยมีตั้งแต่ห้องครัวไปจนถึงห้องปฏิบัติการเคมี สิ่งนี้แตกต่างจากการพาความร้อนแบบบังคับซึ่งการเคลื่อนไหวถูกบังคับโดยการเคลื่อนไหวของอุปกรณ์เช่นพัดลมตามที่เห็นในเตาอบพาความร้อน
การพาความร้อนตามธรรมชาติเกิดขึ้นเมื่อของเหลวไม่เสถียร บริเวณหนึ่งกลายเป็นอุ่นกว่าส่วนที่เหลือสูญเสียความหนาแน่นและเริ่มสูงขึ้นสร้างกระแสเล็ก ๆ เมื่อความร้อนเพิ่มขึ้นความร้อนจะถูกถ่ายโอนไปยังของเหลวที่เย็นกว่าโดยรอบ กระแสและวนปรากฏขึ้น ในตัวอย่างง่ายๆของการพาความร้อนตามธรรมชาติถ้าใครหยดน้ำร้อนที่ย้อมด้วยสีผสมอาหารลงในชามแก้วใสของน้ำเย็นที่ไม่ได้ย้อมสีมันจะเป็นไปได้ที่จะติดตามการเคลื่อนที่ของน้ำที่ย้อมจนกระทั่งส่วนผสมคงที่และหยุดเคลื่อนไหว
กฎการระบายความร้อนของนิวตันมีบทบาทสำคัญในการพาความร้อนแบบอิสระ จากข้อมูลของนิวตันอัตราการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิที่ชาญฉลาดภายในของเหลวนั้นสามารถมองได้ว่าเป็นสัดส่วนกับความแตกต่างระหว่างของเหลวกับสภาพแวดล้อม สิ่งนี้มีผลต่อการพาความร้อนแบบฟรีเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิทำให้เกิดความไม่เสถียรซึ่งนำไปสู่การพาความร้อนแบบฟรี ตัวอย่างเช่นระบบสภาพอากาศได้รับอิทธิพลอย่างมากจากการเคลื่อนไหวของอากาศร้อนและเย็นซึ่งได้รับอิทธิพลจากการแผ่รังสีแสงอาทิตย์การสัมผัสกับน้ำเย็นและอื่น ๆ
การไหลเวียนของมหาสมุทรโลกเป็นผลโดยตรงจากการพาความร้อน เมื่อน้ำเคลื่อนที่เข้าหาขั้วมันจะเย็นตัวลงและทึบขึ้นจมลงสู่ก้นบ่อ ในขณะเดียวกันน้ำที่ไหลเข้าหาเส้นศูนย์สูตรจะอุ่นขึ้นและอ่อนลงขึ้นสู่ผิวน้ำ สิ่งนี้สร้างชุดของกระแสน้ำที่สลับซับซ้อนทั่วมหาสมุทรซึ่งสร้างการไหลเวียนอย่างต่อเนื่องทำให้น้ำในมหาสมุทรเคลื่อนที่อย่างคงที่
ทฤษฎีการพาความร้อนยังอธิบายกระบวนการทางธรรมชาติอื่น ๆ เช่นการเคลื่อนที่ของของไหลใต้เปลือกโลก การเปลี่ยนของเหลวใต้เท้าของเรามีบทบาทในกระบวนการทางธรรมชาติจำนวนมากโดยของเหลวเหล่านี้จะเคลื่อนไหวอย่างต่อเนื่องเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิภายในโลก กระแสน้ำไหลยังสามารถตัดกันซึ่งกันและกันในขณะที่เห็นในการทำงานร่วมกันระหว่างมหาสมุทรและระบบอากาศและเหนือมหาสมุทรซึ่งได้รับอิทธิพลจากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิที่เกิดจากการเคลื่อนไหวของกระแสน้ำในมหาสมุทร
