São rotinas cooperativas, ou seja, são rotinas (funções, métodos, procedimentos) que concordam em parar sua execução permitindo que outra rotina possa ser executada naquele momento esperando que essa rotina secundária devolva a execução para ela em algum momento, portanto uma coopera com a outra.
Isso permite a execução em partes. Um dos grandes benefícios é manter algum estado entre os momentos de execução, então sua principal função é facilitar a execução segmentada, possivelmente criando alguma abstração na execução.
O principal mecanismo em linguagens para alcançar isto é o yield
. Também pode usar uma máquina de estados manualmente ou por biblioteca.
Então elas mantém o estado da rotina em algum lugar, incluindo aí em que instrução ela parou para poder continuar dali quando voltar.
A partir dessa estrutura é possível criar uma máquina de estados específica para permitir que a execução crie assincronicidade de execução que pode substituir threads que eram usadas para permitir a execução paralela e concorrente, mas era o mecanismo errado nestes casos.
Não é que threads não sejam úteis, elas são, mas apenas uma para cada processador, assim permite que várias execuções ocorram de forma efetivamente simultâneas. Mas a execução das operações diversas concorrentes não necessariamente simultâneas, não se beneficiam delas. Em cada processador só pode executar uma coisa de cada vez, mesmo que tenha a ilusão de estar executando várias. É mais vantajoso deixar as rotinas dizerem quando não precisam mais executar do que deixar o sistema operacional ficar trocando isso muitas vezes sem necessidade.
Então uma rotina executa sua parte e nos momentos que ela fará IO haverá entrega de execução para outra rotina. O IO será feito pelo sistema operacional ou pelo serviço que está sendo usado por conta dele, nada tem a ver com sua aplicação, então não tem porque sua aplicação ficar esperando sem fazer nada. Com a corrotina ela coopera dizendo que outra rotina pode ser executada nesse momento. Quando a parte de IO terminar volta para a rotina anterior terminando de executar com o resultado do IO em mãos.
Não tem tanta diferença assim, só que a suspensão de execução é determinada pela própria rotina e não pelo sistema operacional, por isso ela é chamada de cooperativa, o sistema operacional faz de forma preemptiva.
Algumas linguagens abstraem tudo isso, outras exigem que você cuide de todo o mecanismo de troca de execuções (a máquina de estado), o que na prática faz "ninguém" usar.
Thread é útil quando precisa criar linhas de processamento e a maior vantagem se dá quando se tem vários processadores disponíveis. Claro que a thread, que é um recurso do sistema operacional, pode ser usada como máquina de estados de execução, mas tem um custo mais alto. Veja mais. Corrotinas neste contexto é mais útil quando tem entrada e saída ou quando precisa linhas de processamento que vão além dos processadores disponíveis.
Há muito desperdício no uso de thread porque tem o custo de gerenciamento do sistema operacional, tem a troca de contexto que é cara, tem a alta probabilidade de uma thread ser acionada e não ter nada para fazer. Corrotinas são bem leves, gerenciadas de forma simples pela própria aplicação e são acionadas conforme a necessidade. O "sob demanda" é o segredo aqui.
Claro que se a rotina que deve cooperar for mal escrita, pode ser que enrosque por muito tempo atrapalhando tudo. A preempção força a troca de execução da rotina de uma thread para outra, mesmo que a aplicação não ajude.
Houve uma revolução de performance em servidores HTTP, que o Node levou a fama sem ter o mérito, justamente por usar corrotinas no lugar de threads.
A corrotina é ortogonal à thread, então uma não depende da outra, mas pode ser que uma corrotina seja colocada em thread separada, dependendo da necessidade.
Nos comentários o AP fala sobre escrever código sequencial que acaba sendo distribuído concorrentemente, e é isso mesmo, desde que a linguagem ou até mesmo a biblioteca ajude.
Por falta de um mecanismo melhor nos anos 90 disseminou-se o uso de threads para algo que não precisava delas, inclusive porque quase nenhum computador tinha mais que um processador.
Entenda melhor a diferença entre paralelo e simultâneo.
O await
do C# faz exatamente isto. Kotlin tem mecanismo muito parecido. Boa parte das implementações atuais usam algo parecido com C# por acharem que foi uma boa implementação. Curiosamente C# acha que a implementação de F# é melhor :)
Exemplo em Python:
Wikipedia.
Tem uma resposta no SO com mais detalhes.
Coloquei no GitHub para referência futura.