Deze relatie is afgeleid van een empirische waarneming van convectieve afkoeling van hete lichamen door Isaac Newton in 1701, die stelde dat “de snelheid waarmee een lichaam warmte verliest recht evenredig is met de overtemperatuur van het lichaam boven die van zijn omgeving.” Dienovereenkomstig zou de temperatuur van een heet voorwerp (T1) dat afkoelt als gevolg van blootstelling aan een convectiestroom bij T2 < T1, variëren als:
Als het energieverlies van het hete lichaam naar de koelere vloeistof wordt aangevuld door een warmteflux q zodanig dat T1 constant blijft, dan kan de steady state versie van Newtons afkoelingswet worden uitgedrukt als
Deze snelheidsvergelijking wordt universeel gebruikt om de warmteoverdrachtscoëfficiënt (α) te definiëren voor alle convectieve stromingen (vrij, geforceerd, één-/meerfasig, enz.) waarbij verwarming of koeling optreedt. Opgemerkt moet worden dat in sommige gevallen (α) temperatuurafhankelijk is en dan
geen lineaire functie is van de drijvende kracht (T1 – T2). Ook moet worden opgemerkt dat de bepalende drijvende kracht van systeem tot systeem varieert (grenslaagstromingen, buisstromingen, enz.), maar de complexiteit van een bepaald proces wordt gewoonlijk weerspiegeld in de formulering van de uitdrukking voor (α), waarvan de waarde afhangt van de aard en eigenschappen van het stromingssysteem en varieert van 10 W/m2K voor Natuurlijke Convectie tussen lucht en een verticale plaat tot 100.000 W/m2K voor druppelsgewijze Condensatie van verzadigde waterdamp op een verticale plaat.
De studie van convectieve warmteoverdracht houdt zich uiteindelijk bezig met het vinden van de waarde van de warmteoverdrachtscoëfficiënt, zoals gedefinieerd door de afkoelingswet van Newton, in termen van de fysische parameters van het convectiesysteem.