การพาความร้อนตามธรรมชาติเป็นรูปแบบหนึ่งของการถ่ายเทความร้อนโดยที่กองกำลังที่ไม่ใช่มนุษย์มีอิทธิพลต่อการทำความเย็นและความร้อนของของไหลเช่นก๊าซและของเหลว การถ่ายเทความร้อนสร้างวงจรที่เรียกว่ากระแสการพาความร้อนโดยที่ของเหลวอุ่นถูกแทนที่ด้วยตัวทำความเย็น ของเหลวและสสารทั้งหมดทำจากสิ่งก่อสร้างเล็ก ๆ ที่เรียกว่าอะตอมซึ่งรวมตัวกันเป็นโมเลกุล การเคลื่อนที่ของโมเลกุลเหล่านี้คือสิ่งที่ทำให้ของเหลวเพิ่มขึ้นหรือลดลง
การพาความร้อนตามธรรมชาติช่วยอธิบายระบบธรรมชาติหลายอย่างของโลกเช่นกระแสมหาสมุทรและชั้นบรรยากาศ ตรงกันข้ามกับการพาความร้อนแบบบังคับซึ่งทำงานบนหลักการเดียวกัน แต่มีแหล่งความร้อนที่สร้างขึ้นโดยอุปกรณ์ที่มนุษย์สร้างขึ้นเช่นพัดลมดูดอากาศหรือน้ำที่เร่งวงจรการถ่ายเทความร้อน การพาความร้อนทั้งแบบบังคับและแบบธรรมชาติสามารถนำมาใช้เพื่อจุดประสงค์เฉพาะเช่นเครื่องทำความร้อนในบ้านหรือการประปาส่วนกลาง
เมื่อดำเนินการโดยแหล่งความร้อนเช่นดวงอาทิตย์หรือความร้อนใต้ดินของเหลวมักจะเพิ่มขึ้น ตัวอย่างเช่นเมื่อดวงอาทิตย์อุ่นพื้นผิวโลกอากาศที่พื้นดินจะอุ่นกว่าอากาศในท้องฟ้าเกือบตลอดเวลา ความร้อนจะขยายช่องว่างระหว่างโมเลกุลทำให้อากาศมีน้ำหนักเบาและยกขึ้นเหนือพื้นผิว ในขณะที่อากาศขึ้นห่างจากพื้นดินร้อน ๆ โมเลกุลจะเย็นลงและบีบอัด อากาศที่เย็นกว่าและหนักกว่านี้จะถูกดึงลงมาด้วยแรงโน้มถ่วงซึ่งจะทำให้ร้อนขึ้นอีกครั้งและเริ่มวงจรใหม่อีกครั้ง
กระแสน้ำในมหาสมุทรยังถูกสร้างขึ้นเนื่องจากการพาความร้อนตามธรรมชาติรวมกับการเปลี่ยนแปลงของลมและความหนาแน่นของน้ำเค็ม ลมเย็นพัดผ่านผิวน้ำทำให้โมเลกุลบีบตัวและจมลงสู่พื้นมหาสมุทร เมื่อน้ำเคลื่อนที่เข้าใกล้เส้นศูนย์สูตรจะอุ่นขึ้นและเพิ่มขึ้นอีกครั้ง สิ่งนี้สร้างกระแสมหาสมุทรขนาดใหญ่ที่ไหลไปตามชายฝั่งทวีปและส่งผลกระทบต่อสภาพอากาศในบริเวณพื้นที่โดยรอบ
องค์ประกอบที่สำคัญในการพาความร้อนตามธรรมชาติคือกฎการระบายความร้อนของนิวตัน กฎหมายทางวิทยาศาสตร์นี้ระบุว่าอัตราที่สารเสียความร้อนเกี่ยวข้องโดยตรงกับอุณหภูมิของวัตถุที่กระทำกับมัน พูดอีกอย่างก็คือยิ่งวัตถุมีความเย็นมากเท่าไรความร้อนของของเหลวก็จะยิ่งลดลง ตัวอย่างหนึ่งของกฎหมายนี้ในทางปฏิบัติคือผลของการเพิ่มน้ำแข็งลงในเครื่องดื่ม - หนึ่งก้อนจะเอาความร้อนเพียงเล็กน้อยไปส่วนหนึ่ง แต่กำมือหนึ่งจะทำให้เครื่องดื่มเย็นเร็วกว่ามาก
