自然环境中大气、海洋和部分河流、湖泊、水库具有天然的密度分层结构，在这些情形中流体内部密度的变化主要在垂直方向。环境、海洋、石油、化工等工程技术领域也经常会遇到分层流动，如石油开采、海水浸入、潜艇航行、水库排沙、冷却水排放等。流体密度的差异可由流体介质不同（如水和石油）所引起，也可由温差、含盐量（或含沙量）不同引起。分层流动的流场特性和物质输运过程不同于均质流体情形，流体密度不均匀对分层流动结构的影响机理较为复杂。分层流一般可分为两种类型，一种是密度不同流体相互掺混形成密度连续变化的连续分层流，另一种是有明显内部界面的强分层流。根据流体介质和流动性质的不同，自然界中的分层流动主要包括如下几种。

由于地球的引力作用、太阳的辐射及其他因素的影响，整个大气的构造复杂而不均匀，由下而上依次为对流层、平流层、中间层、热层和外大气层。其中对流层气温一般随高度增加而递减，在其内部最接近地面的近底层为大气边界层。大气分层和稳定性对大气湍流特征以及伴随的动量、能量和物质输运过程产生重要作用，这种垂向温度分布的不均匀性不仅对大尺度天气过程的演变和长期气候预报具有重要影响，而且对近底大气边界层内各种尺度湍流涡旋结构的生成、演化及其对大气扩散、热输运及物质交换过程有重要作用。

海洋中普遍存在分层现象，可以由海水的温度和盐度差异引起，而且海洋在一定深度上存在温度跃层和盐度跃层，并导致密度跃层出现，一般主跃层出现在深度300～1000米处，并随着纬度和季节的变化，它的深度和分层结构会产生改变。在深水湖泊和水库中同样存在水体分层现象，一般上层温度较高，下层温度较低，中间的过渡层则为温跃层。海洋和湖泊中分层水体的密度变化可以是连续的（连续分层），也可以有突跃的（强分层）。水体密度差异形成的分层效应是海洋和湖泊中水动力过程的一个关键因素，对流动稳定性以及物质和能量交换有重要作用。

重力场中两种以上流体介质因密度差产生的分层流动。又称重力流或密度流。这种密度差异可因温度不同引起（温差异重流），也可因所含其他物质浓度差异引起（浑水异重流）。流动状态下密度有差异的两层流体在尚未达到平衡状态时，重流体下潜，轻流体上浮，产生相对运动。自然界经常可观察到这类流动：如河口地区盐淡水交界，当潮流、径流比不大时会形成盐水楔；高含沙水流进入湖泊、水库、河流中形成的浑水异重流；冷暖空气交界处，冷空气下沉，暖空气抬升，形成锋面。当异重流形成后，两层间相对流速较小时其交界面较为清晰，密度间断，速度连续变化。当两层间相对流速增加时，界面先呈现波状，当相对流速超过临界值时，界面破碎，开始发生掺混。在工程应用方面，可利用异重流的原理排泄水库中的泥沙，提高给排水工程的水质和决定发电厂冷却水取水口的位置等。

稳定的分层流体中，流体的微团受到扰动而又具有恢复到原来平衡位置的倾向所产生的内部波动，称为内波。内波的发生需要两个基本条件，一是流体密度稳定分层，二是要有扰动源。内波存在于海洋和部分湖泊中，海洋中因温度、盐度不均匀出现密度分层时，经外力扰动所引发的界面内波，因恢复力小，可形成比水表面重力波更大的振幅和更低的频率（介于惯性频率和浮力频率之间），并可在两层不同密度流体间传播。海洋内波的激励源，可来自海洋的上边界、下边界以及海洋内部的扰动，形式表现各异，其生成机制、传播特性、流动稳定性、湍流特征及其相互作用对海洋工程、船舶和潜艇航行以及海洋环境等有着直接的影响。