Zależność ta została wyprowadzona z empirycznej obserwacji konwekcyjnego chłodzenia gorących ciał dokonanej przez Isaaca Newtona w 1701 roku, który stwierdził, że „szybkość utraty ciepła przez ciało jest wprost proporcjonalna do nadwyżki temperatury ciała ponad temperaturę jego otoczenia”. Odpowiednio, temperatura gorącego obiektu (T1), który ochładza się w wyniku wystawienia na działanie przepływu konwekcyjnego przy T2 < T1, zmieniałaby się jako:
Jeśli straty energii z gorącego ciała do chłodniejszego płynu są uzupełniane przez strumień ciepła q taki, że T1 pozostaje stałe, to wersja prawa stanu ustalonego wg. Newtona może być wyrażona jako
To równanie szybkości jest powszechnie stosowane do określenia współczynnika przejmowania ciepła (α) dla wszystkich przepływów konwekcyjnych (swobodnych, swobodnych, wymuszonych, jedno-/wielofazowych itp.) obejmujących ogrzewanie lub chłodzenie. Należy zauważyć, że w niektórych przypadkach (α) jest zależny od temperatury i wtedy
nie jest liniową funkcją siły napędowej (T1 – T2). Należy również zauważyć, że definiująca siła napędowa różni się w zależności od systemu (przepływy w warstwie granicznej, przepływy w rurach, itp.), ale złożoność każdego konkretnego procesu jest zwykle odzwierciedlona w sformułowaniu wyrażenia dla (α), którego wartość zależy od charakteru i właściwości systemu przepływu i waha się od 10 W/m2K dla naturalnej konwekcji pomiędzy powietrzem a pionową płytą do 100 000 W/m2K dla kondensacji kroplowej nasyconej pary wodnej na pionowej płycie.
Badanie konwekcyjnej wymiany ciepła jest ostatecznie związane ze znalezieniem wartości współczynnika wymiany ciepła, zdefiniowanego przez prawo chłodzenia Newtona, w odniesieniu do fizycznych parametrów systemu konwekcyjnego.