Une position d'équilibre est dite indifférente lorsqu'un mobile ne manifeste aucune tendance à quitter la nouvelle position qui lui est assignée.

Selon le principe d'Archimède, tout corps (dans ce cas ci une particule d'air) plongé dans un fluide (l'atmosphère) subit une poussée dirigée vers le haut et égale au poids du fluide déplacé. Dans le cas d'une particule d'air le poids  P d'une particule est une force dirigée vers le bas qui a pour valeur P = Vrg avec V le volume de la particule, r sa masse spécifique et g l'accélération de la pesanteur. Ce théorème conduit à trois observations :

1°. Pour une altitude donnée, si la température d'une particule d'air est supérieure à la température de l'air environnant, cette particule est sollicitée par une force dirigée vers le haut,

2°. Pour une altitude donnée, si la température d'une particule d'air est égale à la température de l'air environnant, cette particule n'est sollicitée par aucune force,

3°. Pour une altitude donnée, si la température d'une particule d'air est inférieure à la température de l'air environnant, cette particule est sollicitée par une force dirigée vers le bas.

Si pour une raison quelconque (relief, front, etc), cette particule d'air est soulevée jusqu'à un niveau de pression p', la particule y présentera une certaine température. A cet endroit les forces d'équilibre dépendent également de la température de l'air environnant :

1°. Si la température de la particule est supérieure à celle de l'air, la particule est sollicitée par une force dirigée vers le haut; il y a donc instabilité.

2°.Si la température de la particule est identique à celle de l'air, la particule n'est sollicitée par aucune force; elle restera donc au niveau p; il y a équilibre indifférent.

3°.Si la température de la particule est inférieure à celle de l'air, la particule est sollicitée par une force dirigée vers le bas, elle revient donc à son niveau initial; il y a stabilité.

Utilisation pratique des critères de stabilité et d'instabilité

Le diagramme thermodynamique est très utile pour déterminer les critères d'équilibre d'une masse d'air sans devoir réaliser de calculs complexes ni utiliser d'ordinateurs, d'où l'avantage qu'offre souvent la représentation graphique d'un phénomène sur sa modélisation. Très vite toutefois les modèles numériques trouvent aussi leur utilité. Nous y reviendrons.

Stabilité absolue

Une couche d'air est dite stable lorsque sa courbe d'état est inclinée vers la droite de la pseudo-adiabatique saturée qui passe par sa base. Son gradient progresse en moyenne de 0.5°/100 m dans les basses couches. 

En effet, supposons que la particule d'air située initialement à un niveau de pression p° soit absolument sèche. Si nous la soulevons jusqu'au niveau de pression p', son point d'état se déplacera le long d'une adiabatique sèche. 

Instabilité conditionnelle

Une couche d'air est en instabilité conditionnelle lorsque sa courbe d'état est située entre l'adiabatique sèche et la pseudo-adiabatique saturée qui passe par la base.

- pour un soulèvement jusqu'à un niveau supérieur au niveau p_i, la température de la particule qui s'élève devient supérieure à la température de l'air ambiant. Il y a instabilité.

Par conséquent, l'instabilité ne se déclenche qu'à la condition (c'est l'instabilité conditionnelle) qu'il y ait un soulèvement (provoqué par une cause extérieure) jusqu'à un niveau supérieur au niveau p_i. Ce niveau sera atteint d'autant plus vite que l'humidité initiale est plus grande.

Pour reprendre l'image de la bille, on peut l'imaginer au centre d'un récipient retourné présentant un rebord. La bille est théoriquement en équilibre stable; elle tend en effet à reprendre sa position initiale si on la déplace d'une quantité très petite. Mais si nous la soumettons à une impulsion initiale suffisamment forte, elle continuera d'elle-même son mouvement, franchissant le rebord du vase et s'éloignera de sa position initiale.

Ce qu'il faut retenir La détermination du caractère de stabilité d'une couche d'air s'effectue en étudiant la position de la courbe d'état par rapport à l'adiabatique sèche et à la pseudo-adiabatique saturée passant par le point d'état de la couche considérée. Si la courbe d'état est située entre l'adiabatique sèche et la pseudo-adiabatique saturée, et si la particule de la base est saturée, il y a instabilité (zone 2 ci-dessous). 1. Instabilité absolue 2. Instabilité conditionnelle 3. Stabilité absolue Si la courbe d'état est confondue avec l'adiabatique sèche : - si la base est saturée, il y a instabilité - si la base n'est pas saturée, il y a équilibre indifférent jusqu'au niveau de condensation, instabilité ensuite; dans l'ensemble on peut dire qu'il y a instabilité conditionnelle. Si la courbe d'état est confondue avec la pseudo-adiabatique saturée, - si la base est saturée, il y a équilibre indifférent - si la base n'est pas saturée, il y a stabilité. Gradient de l'air humide ou sec : 1°/100 m (adiabatique sèche) Gradient de l'air saturé : 0.5°/100 m (pseudo-adiabatique saturée).

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