Mais d'abord qu'est ce qu'une flamme (voir Pourquoi le feu ça brûle ?) ? C'est du gaz en combustion qui rayonne du fait de sa température interne très élevée du aux chaleurs de décomposition du carburant et du comburant (voir Pourquoi l'ampoule brille-t-elle ?). Une flamme est à considérer comme un sous-système d'un ensemble plus vaste : le volume d'air qu'il y a tout autour. Car en effet, la flamme d'une bougie n'existe que parce qu'il y a décomposition du dioxygène de l'air et de la glycérine de la bougie pour former du dioxyde de carbone.

La chaleur de combustion étant très élevée, le gaz carbonique formé est chaud. On a donc différence de température entre le gaz de départ (O₂) et le gaz d'arrivé (CO₂). Or l'élévation de la température au niveau macroscopique (à l'échelle de l'homme) se traduit par une accélération de la vitesse des molécules de gaz au niveau microscopique (à l'échelle des particules). Ainsi l'apport d'énergie dù à la combustion de la flamme (réaction exothermique) augmente considérablement la violence et la fréquence des collisions entre molécules, ce qui tend à les espacer. Donc le gaz chaud est moins dense que le gaz froid. La densité volumique du dioxyde de carbone est moindre que celle de l'air environnent qui fournit le dioxygène à la combustion c'est pourquoi l'air chaud monte.

Sur Terre, il faut rajouter une autre composante : la pesanteur (voir Pourquoi manque-t-on d'air en altitude ? & Pourquoi la Terre est-elle ronde ?). Ainsi, tout système constitué de matière est soumis à son propre poids qui tend à le faire tomber au sol. Comme pour un volume identique, on a moins de CO₂ que d'air, ce premier est plus léger que l'air et monte au dessus de la flamme alors que l'air, plus froid et donc plus lourd, tombe à la base de la flamme. Ce créent alors des mouvements de convection qui grandissent la flamme : l'air froid tombe, il entre à la base de la flamme, se réchauffe, se transforme en CO₂ brûlant qui est plus léger, qui monte, qui se mélange à l'air, se refroidi, retombe... La flamme fait donc la grimpatouillette.

Dans l'espace (en apesanteur) l'absence de gravité fait qu'il n'y a pas de mouvement de convection : les gaz chauds restent au niveau de la mèche. Ainsi, le CO₂ produit fini par étouffer la flamme qui forme une boule.