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Mantelplume (Mantel-Diapiere) sind Strömungen im Erdinneren die heißes Gestein aus dem Erdmantel bis in die oberen Bereiche der Erdkruste transportieren. Dort kann es als Lava an Vulkanen austreten. Mantelplume sind relativ ortstabil. Die Erdkruste wandert aufgrund der Plattentektonik über den Mantelplume, während sich das Magma wie ein Schweißbrenner seinen Weg durch die Kruste bahnt. So entsteht eine Vulkankette. Die einzelnen Vulkane sind wie Perlen an einer Kette aufgereiht und nur jeweils der jüngste Vulkan dieser Kette ist aktiv. Die alten Vulkane erodieren.

Mantelplume finden sich unter kontinentalen "hot spot" Vulkanen. Vereinfacht kann man sich einen Mantelplume wie einen Schlauch vorstellen, der nach oben hin breiter wird und in seiner Form einem Tornado ähnelt, oder eine breite Kappe wie ein Pilz bildet. In der Erdkruste kann er sich verzweigen und Magmakammern speisen. Welche Form der Mantelplume annimmt hängt von seiner genaueren Entstehungstiefe ab.

Das Gestein im Erdmantel ist nicht geschmolzen, sondern plastisch wie Knetgummi. Im Mantelplume sammelt sich heißeres und somit weniger dichtes Material und beginnt aufgrund des Dichteunterschiedes zum umgebenden Material mit einem langsamen Aufstieg. Dabei kriecht es eher, als dass es fließt. Die Vulkanologen sprechen von duktilem Fließen. Im Laufe des Aufstieges nimmt der Druck ab, während sich der Mantelplume vergleichsweise langsam abkühlt. Durch diese Änderung des Druck-Temperatur-Gefüges kann das Gestein tatsächlich schmelzen und seinen Aufstieg als Magma fortsetzen. In den oberen Bereichen der Erdkruste bildet sich dann häufig eine Magmakammer, in der die Schmelze differenziert, also chemisch umgewandelt wird. Das Magma aus dem Erdmantel ist in der Regel eine basaltische Schmelze, aus der sogar eine rhyolithische Schmelze entstehen kann.

Typischer Weise sind Mantelplume 100 - 200 km breit und steigen nicht senkrecht auf, sondern in Winkeln zwischen 40 und 70 Grad. Möglicherweise handelt es sich bei dem Abwinkeln von der Senkrechten um einen Schleppeffekt, der dadurch hervorgerufen wird, dass die Kontinentalkruste über den aufsteigenden Mantelplume hinweg wandert und diesen dann ein Stück mit sich schleppt.

Neuen Forschungsergebnissen zufolge bilden sich Mantelplume wahrscheinlich an Grenzschichten im Erdmantel. Variationen der chemischen Zusammensetzung der Gesteine in diesen Schichten beeinflussen die Viskosität (Fließfähigkeit) des plastischen Gesteins. Eine der Grenzschichten befindet sich in ca. 450 km Tiefe an der Grenze zwischen oberen und unteren Erdmantel. Eine weitere Grenzschichte ist die zwischen dem unterem Erdmantel und oberen Erdkern in 2900 km Tiefe. Gesteinsanalysen zeigten jüngst, dass sogar Material aus dem Erdkern den langen Weg bis an die Oberfläche schafft.

Bekannte Beispiele für Hot-Spot-Vulkane, die sich über einem Mantelplume bildeten, sind die Vulkane Hawaiis mit dem Kilauea als aktiver Feuerberg, der Piton de la Fournaise, oder der Yellowstone Vulkan. Während Kilauea und Fournaise basaltische Lava fördern, eruptierten am Yellowstone große Mengen Rhyolith.
Island verdankt seine Existenz dem Mittelatlantischen Rücken, sowie einem Mantelplume. Von daher sind viele Vulkane dort eine Mischform. Die Eifelvulkane stehen ebenfalls im Verdacht zumindest teilweise durch einen Plume gespeist zu werden. Allerdings ist diese Theorie umstritten. Neuerdings wird ein Zusammenhang des Eifelvulkansimus mit der Orogenese der Alpen diskutiert.

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