In der Fluiddynamik ist eine Konvektionszelle ein Phänomen, das auftritt, wenn Dichteunterschiede in einem flüssigen oder gasförmigen Körper bestehen. Diese Dichteunterschiede führen zu aufsteigenden und/oder abfallenden Strömungen, die das Hauptmerkmal einer Konvektionszelle sind. Wenn ein Flüssigkeitsvolumen erwärmt wird, dehnt es sich aus und wird weniger dicht und damit auftriebsstärker als die umgebende Flüssigkeit. Der kältere, dichtere Teil der Flüssigkeit sinkt nach unten und setzt sich unter der wärmeren, weniger dichten Flüssigkeit ab, wodurch die wärmere Flüssigkeit aufsteigt. Diese Bewegung wird als Konvektion bezeichnet, und der sich bewegende Flüssigkeitskörper wird als Konvektionszelle bezeichnet. Diese besondere Art der Konvektion, bei der eine horizontale Flüssigkeitsschicht von unten erwärmt wird, wird als Rayleigh-Bénard-Konvektion bezeichnet. Für die Konvektion ist in der Regel ein Gravitationsfeld erforderlich, aber bei Experimenten in der Schwerelosigkeit wurde thermische Konvektion auch ohne Gravitationseffekte beobachtet.
Flüssigkeiten werden allgemein als Materialien bezeichnet, die die Eigenschaft des Fließens aufweisen; dieses Verhalten ist jedoch nicht auf Flüssigkeiten beschränkt. Fluideigenschaften können auch in Gasen und sogar in festen Partikeln (wie Sand, Kies und größeren Objekten bei Felsrutschen) beobachtet werden.
Eine Konvektionszelle ist am auffälligsten bei der Bildung von Wolken mit ihrer Freisetzung und dem Transport von Energie. Wenn sich die Luft am Boden entlang bewegt, nimmt sie Wärme auf, verliert an Dichte und steigt in die Atmosphäre auf. Wenn sie in die Atmosphäre gezwungen wird, die einen niedrigeren Luftdruck hat, kann sie nicht so viel Flüssigkeit enthalten wie in geringerer Höhe, so dass sie ihre feuchte Luft abgibt und Regen erzeugt. Bei diesem Vorgang wird die warme Luft abgekühlt; sie gewinnt an Dichte und fällt zur Erde, und die Zelle wiederholt den Zyklus.
Konvektionszellen können sich in jeder Flüssigkeit bilden, auch in der Erdatmosphäre (wo sie Hadley-Zellen genannt werden), in kochendem Wasser, in Suppe (wo die Zellen an den von ihnen transportierten Teilchen, wie z. B. Reiskörnern, zu erkennen sind), im Ozean oder auf der Oberfläche der Sonne. Die Größe der Konvektionszellen hängt weitgehend von den Eigenschaften der Flüssigkeit ab. Konvektionszellen können sogar dann auftreten, wenn die Erwärmung einer Flüssigkeit gleichmäßig ist.