Envisageons une mince couche définie par un intervalle de pression, ?p, et la zone, A, de sa projection sur la surface horizontale plane. Ainsi, pour toute transformation de la couche en cas de conservation de la masse, le produit de ?p et de A ne change pas :

où l'indice 1 fait référence à l'état initial et l'indice 2 à l'état final. Il s'agit d'une forme de l’équation de continuité.

D'après l'équation hydrostatique, nous savons que :

où ? est la densité, g est la gravité, et h est l'épaisseur de la couche (en pieds ou en mètres).

Substitution pour ?p

Si nous divisons les deux côtés par g, nous parvenons à

Nous pourrions écrire cette équation sous la forme d'un rapport comme suit

Lorsque la convergence est présente, la zone se rétrécit, alors le rapport A₂/A₁ devient inférieur à un. Inversement, lorsque la divergence se produit, le rapport A₂/A₁ devient supérieur à un. Il existe d'innombrables combinaisons des trois paramètres ?, h et A qui satisfont la relation ci-dessus.

Examinons maintenant le cas du mouvement vertical d'une couche en l'absence de divergence horizontale. S'il n'y a pas de divergence horizontale, alors A₁ = A₂. Par conséquent :

Autrement dit, en l'absence de convergence ou de divergence horizontale (ce qui signifie que A ne change pas), la densité et l'épaisseur d'une couche varient de façon inversement proportionnelle l'une par rapport à l'autre.

Si la couche continue son ascension, alors ?₁ >?₂, étant donné que la densité diminue avec la hauteur dans l'atmosphère. À partir de l'équation précédente, il s'ensuit que si ?₁ >?₂, alors h₂ > h₁; en d'autres termes, la couche se dilate verticalement. Pour un processus adiabatique avec de l'air sec et à mesure que la couche se développe, les températures au sein de la couche changeront selon le gradient adiabatique sec. Pour cette raison, à mesure que la couche se développe progressivement, son gradient thermique vertical se rapproche de plus en plus du gradient adiabatique. Autrement dit, à mesure que la couche non saturée (ou saturée) se développe, le gradient thermique vertical aura tendance à devenir moins stable et à se rapprocher du gradient adiabatique sec (ou humide).

Inversement, si la couche redescend, encore une fois en l'absence de divergence horizontale, alors ?₁<?₂ et h₂< h₁; c.-à-d. la couche se rétrécit verticalement. Dans ce cas, le gradient thermique vertical devient plus stable, et a tendance à s'éloigner encore plus du gradient adiabatique.