Las tres formas de transferencia del calor son: conducción, convección y radiación, mediante las que se transporta el calor entre zonas con diferentes temperaturas. La convección se produce únicamente por medio de materiales, la evaporación del agua o fluidos. La convección en sí es el transporte de calor por medio del movimiento del fluido. Por ejemplo, al calentar el agua en una cacerola, el agua que entra en contacto con la base de la cacerola asciende al calentarse, mientras que el agua de la superficie desciende por los lados al enfriarse, y ocupa el lugar que dejó la porción caliente. Del mismo modo que en la conducción, requiere un material para la transferencia. A diferencia de la radiación, la cual no necesita un medio para que ocurra la transferencia.

La transferencia de calor implica el transporte de calor en un volumen y la mezcla de elementos a Nivel macroscópico de porciones calientes y frías de un gas o un líquido. Incluye también el intercambio de energía entre una superficie sólido sólida y un fluido o por medio de una bomba, un ventilador u otro dispositivo mecánico (convección mecánica, forzada o asistida). Esta se caracteriza a través del número de Nusselt (Nu) que es función de los números de Número de Reynolds Reynolds (Re) y de Prandtl (Pr). En el caso del flujo laminar dentro de la tubería se utiliza la ecuación de Sieder-Tate. Para flujo turbulento dentro de tubería se utiliza la ecuación de Boelter-Dittus.

En la transferencia de calor libre o natural, un fluido es más caliente o más frío. El contacto con una superficie sólida, causa una circulación debido a las diferencias de densidades que resultan del gradiente de temperaturas en el fluido. La circulación es causa de las fuerzas de flotación y las fuerzas viscosas. La relación entre ambas fuerzas es el número de Grashof (Gr) que es función del número de Reynolds y Prandtl.

La convección puede ser externa o interna. Cuando es externa entonces el fluido se mueve sobre las superficies y si es interna entonces se mueve por dentro de las superficies.

Así como la capa hidrodinámica en transferencia de momento, la capa límite térmica en transferencia de calor sirve para contrastar los espesores de las capas. La relación entre las capas de transferencia de propiedades sirve para saber cuál transferencia es mayor a nivel molecular, tal relación es el número de Prandtl. El número de Pr es mayor a 1, menor a 1 o igual a 1. Sirve para saber cómo se vinculan entre ellas. Los lubricantes tienen números de Pr elevados. El Pr de los gases es 0,70.

La transferencia de calor por convección se expresa con la Ley del enfriamiento de Newton:

El coeficiente convectivo, es decir, la constante para la conducción es la conductividad térmica. Este depende de las propiedades de fluido, geometría del sistema, velocidad de flujo, distribución de temperatura y variación de la temperatura. El análisis dimensional permite determinar una ecuación que relaciona el coeficiente de convección con otras variables las cuales se pueden cuantificar, esto ocurre para convección forzada como para convección libre. Si se realiza un análisis exacto de la capa límite entonces, a partir de la Ecuación de Navier-Stokes, se obtiene según las circunstancias una ecuación final para el balance de cantidad de movimiento. Se realiza el mismo procedimiento para el balance de energía y se obtiene otra ecuación final. La relación que permite determinar el coeficiente de convección resulta de vincular las anteriores. Para fluidos con Pr=1 ocurre que el número de Nu depende solamente del número de Re.