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Par convection dans l’atmosphère, on entend la montée de bulles d’air. La convection se produit lorsque le soleil réchauffe la surface en cours de journée, et conséquemment les basses couches de l’air. L’air chaud est moins dense que l’air froid, de sorte qu’il a tendance à monter. Il est aussi possible qu’une masse d’air froid souffle au-dessus d’une masse d'air plus chaude, et provoque ainsi la convection (souvent pendant la nuit). Cela survient par exemple à la suite d’un front froid, ou lorsque l’air de l’arctique souffle au-dessus d’une mer beaucoup plus chaude.

Le mouvement d’ascension peut engendrer une nébulosité (voir formation des nuages). L’air doit être suffisamment humide pour ce faire, sans quoi il y a un mouvement vertical sans formation de nuages. Ces nuages de convection sont aussi appelés cumulus ou nuages cumuliformes. Les bulles d’air peuvent continuer de monter tant que l’atmosphère est instable. La convection peut se poursuivre sur des kilomètres de hauteur, parfois même jusqu’à la tropopause (voir atmosphère). Dans ce cas, on parle de convection profonde avec formation de gros cumulus ou de cumulonimbus.

Il est également possible que l’atmosphère se trouve dans une couche d’air instable plus limitée, de sorte que les bulles d’air rencontrent rapidement une couche stable ou couche d’inversion. Dans ce cas, la convection est peu profonde et n’engendre aucun nuage ou seulement quelques modestes cumulus.

La brise de mer est un autre phénomène météorologique résultant de la convection.