系统在临界瑞利数1708时开始不稳定，出现对流原胞。在某稳定系统中通过对线性化的方程进行微扰分析，可获得某些边界条件下的临界瑞利数。最简单情况的是两条自由的边界（即瑞利男爵在1916年解出的情况），得到的瑞利数 Ra =  π ≈ 657.51。对于刚性的底部和自由的顶部边界条件（对应着无盖的水壶），则有临界瑞利数 Ra = 1,100.65。
表面张力效应.若液体上表面与空气接触，浮力和表面张力也会参与对流图案的形成。由于马伦哥尼效应，液体趋向于流向表面张力较强的区域。升高温