对流不稳定，又称位势不稳定。若稳定气层被整层抬升到凝结高度以上而可能变成静力不稳定，则称该气层为对流性不稳定；反之，则称为对流稳定。

大气中有时发生整个气层（厚度几百米）的升降运动。例如，气流经过山坡时的抬升和下沉运动，暖湿空气在暖锋面上的滑升运动等。这时气层的稳定度也要发生变化。如果整层空气抬升以后，由原来的稳定层结趋向于不稳定层结，则称为对流不稳定，亦称为位势不稳定。

对流不稳定往往产生强对流，形成暴雨、雷暴甚至冰雹等灾害性天气。

在大范围空气层的上升运动中，由于水汽条件不同，不同高度的空气将先后达到饱和并释放潜热。若气层下部先饱和，上下温差将增大而使不稳定性增强。水汽来源于地面，常是气层下部湿度大，所以对流不稳定气层是常出现的。这是一种潜在不稳定，即当时的气层处于静力稳定状态，需要有外加抬升力作为触发机制，如气层经山脉迎风坡、锋面等作用抬升时，气层达到饱和后即转变为不稳定，亦即潜在不稳定才能转化成真实不稳定。

对流不稳定，又称位势不稳定，是指整层气层被抬升后气层的稳定状态。静力稳定、水汽呈下湿上干分布的气层受迫抬升时，整个气层温度都首先按干绝热递减率下降，但气层下部将率先达到饱和，并释放潜热；当气层下部达到饱和后，按湿绝热直减率降温，而气层上部因未达到饱和仍按干绝热直减率降温，导致气层下部的降温速度小于气层上部的干绝热降温，结果整个气层的温度递减率将变大，甚至大于湿绝热递减率，亦即该气层上部降温多，下部降温少，从而导致静力稳定气层转化成了不稳定气层。

具有这种层结的气层称为对流不稳定气层。没有扰动时，它们呈现的是稳定气层特征，一旦气层发生气流越山、辐合等受迫抬升过程后，就有可能演变为不稳定气层，而释放大量不稳定能，形成强对流天气。

这种对流性不稳定气层必然被地形、锋面等抬升到一定高度后才表现出来。夏季从太平洋进入中国的气流，有的即处于对流性不稳定状态。