如果气温的纵向分布限制了空气的垂直运动，就称为“稳定大气”，当暖而轻的空气在冷而重的空气上面时，就会有这种情形。但通常这并非指上面的温度较下面高，因为在相同气压下才能比较空气的冷热或密度。如果真是上面比下面暖，这称为逆温(temperature inversion) ，表示大气非常稳定。在稳定大气的情况下，假设有一气块因某种原因上升时，无论上升至什么高度，都会觉得自己比周围空气冷而重，因此必须降回原来的高度。相反来说，当它下降时，一定会感到自己比周围空气暖而轻，故上升到原来的高度。因为气块经常保持原来的高度，所以便称为稳定大气。控制大气稳定度的因素很多，如果要使大气稳定，就要降低下层的温度（例如辐射冷却），或增加上层的温度（例如较暖空气在冷空气上面滑行）。假如大气中垂直运动减弱或消失时，所形成的云必定属于层状云，例如高层云或层云，且常有雾或烟霞，所以稳定大气中的空气通常都较坏。如果有雨，也必定是稳定性降水，例如小雨或毛毛雨。