Esta relação foi derivada de uma observação empírica de arrefecimento convectivo de corpos quentes feita por Isaac Newton em 1701, que afirmou que “a taxa de perda de calor por um corpo é directamente proporcional ao excesso de temperatura do corpo acima da temperatura do seu ambiente”. Consequentemente, a temperatura de um objecto quente (T1) que está a arrefecer como resultado da exposição a um fluxo convectivo em T2 < T1, variaria como:
Se a perda de energia do corpo quente para o fluido mais frio for reabastecida por um fluxo de calor q tal que T1 permaneça constante, então a versão em estado estacionário de A Lei de Newton de Refrigeração pode ser expressa como
Esta equação de taxa é universalmente utilizada para definir o Coeficiente de Transferência de Calor (α) para todos os fluxos convectivos (livre, forçado, monofásico/multifásico, etc.) envolvendo quer aquecimento quer arrefecimento. Note-se que em alguns casos (α) é dependente da temperatura e depois
não é uma função linear da força motriz (T1 – T2). Deve também notar-se que a força motriz que define a força motriz varia de sistema para sistema (fluxos de camada limite, fluxos de tubo, etc.), mas a complexidade de qualquer processo em particular é geralmente reflectida na formulação da expressão para (α), cujo valor depende da natureza e propriedades do sistema de fluxo e varia de 10 W/m2K para Convecção Natural entre ar e uma placa vertical até 100.000 W/m2K para Condensação por gota de vapor de água saturado numa placa vertical.
O estudo da transferência de calor por convecção está, em última análise, preocupado em encontrar o valor do coeficiente de transferência de calor, tal como definido pela Lei de Arrefecimento de Newton, em termos dos parâmetros físicos do sistema de convecção.