大气系统为非线性系统，随控制参数的变化，当突变发生时，系统原有的平衡态往往会失稳，同时分岔出几个新的平衡解。在一梯度系统中，若原先处于位势极小值的质点在通过分岔点时，它不再处于位势的极小值点，而处于位势的拐点，因而质点突然就从位势的低谷处跳出进入另一个本质与原先完全不同的状态，这就是该梯度系统的突变。

常见的突变包括折叠突变、尖点突变、燕尾和蝴蝶突变等。以尖点突变为例，尖点突变的平衡曲面及其控制空间如图所示。图a中垂直坐标为，水平坐标为控制参数、。图b为图a平衡曲面折痕在平面上的投影。在控制参量沿箭头方向变化时（图b），由于平衡曲面（图a）的顶叶和底叶稳定但中叶不稳定，其平衡态在从点逐渐移动到折叠部分后，将在这一叶继续演变，直到到达曲面折回的临界点之后突然跳跃到曲面的底叶上。此时值将出现不连续的减小，即发生突变。

双控制参数动力系统示意图

在实际大气运动中，副热带高压北跳及伴随的雨带突进、平流层爆发性增温等都是常见的从一个平衡态突变到另一个平衡态的案例。研究大气运动突变对分析大气环流、中小尺度系统等都有较大的帮助。