Volume cairan, yang dapat berupa gas atau cairan, dikatakan berada dalam kesetimbangan hidrostatik ketika gaya ke bawah yang diberikan oleh gravitasi seimbang dengan gaya ke atas yang diberikan oleh tekanan fluida. Misalnya, atmosfer bumi ditarik ke bawah oleh gravitasi, tetapi ke arah permukaan udara dikompresi oleh berat semua udara di atas, sehingga kerapatan udara meningkat dari atas atmosfer ke permukaan bumi. Perbedaan densitas ini berarti bahwa tekanan udara berkurang dengan ketinggian sehingga tekanan ke atas dari bawah lebih besar daripada tekanan ke bawah dari atas dan gaya ke atas bersih ini menyeimbangkan gaya gravitasi ke bawah, menjaga atmosfer pada ketinggian yang kurang lebih konstan. Ketika volume cairan tidak dalam kesetimbangan hidrostatik, ia harus berkontraksi jika gaya gravitasi melebihi tekanan, atau mengembang jika tekanan internal lebih besar.
Konsep ini dapat dinyatakan sebagai persamaan kesetimbangan hidrostatik. Hal ini biasanya dinyatakan sebagai dp/dz = gρ dan berlaku untuk lapisan fluida dalam volume yang lebih besar dalam kesetimbangan hidrostatik, di mana dp adalah perubahan tekanan di dalam lapisan, dz adalah ketebalan lapisan, g adalah percepatan akibat gravitasi dan adalah densitas fluida. Persamaan tersebut dapat digunakan untuk menghitung, misalnya, tekanan di dalam atmosfer planet pada ketinggian tertentu di atas permukaan.
Volume gas di ruang angkasa, seperti awan besar hidrogen, awalnya akan berkontraksi karena gravitasi, dengan tekanan yang meningkat ke arah pusat. Kontraksi akan berlanjut sampai ada gaya luar yang sama dengan gaya gravitasi ke dalam. Ini biasanya titik ketika tekanan di pusat begitu besar sehingga inti hidrogen melebur bersama untuk menghasilkan helium dalam proses yang disebut fusi nuklir yang melepaskan sejumlah besar energi, melahirkan sebuah bintang. Panas yang dihasilkan meningkatkan tekanan gas, menghasilkan gaya ke luar untuk mengimbangi gaya gravitasi ke dalam, sehingga bintang akan berada dalam kesetimbangan hidrostatik. Jika gravitasi meningkat, mungkin melalui lebih banyak gas yang jatuh ke bintang, kerapatan dan suhu gas juga akan meningkat, memberikan lebih banyak tekanan ke luar dan menjaga keseimbangan.
Bintang-bintang tetap berada dalam kesetimbangan hidrostatik selama periode yang lama, biasanya beberapa miliar tahun, tetapi akhirnya mereka akan kehabisan hidrogen dan mulai menggabungkan unsur-unsur yang semakin berat. Perubahan ini untuk sementara membuat bintang keluar dari keseimbangan, menyebabkan ekspansi atau kontraksi sampai keseimbangan baru terbentuk. Besi tidak dapat menyatu menjadi elemen yang lebih berat, karena ini akan membutuhkan lebih banyak energi daripada yang akan dihasilkan oleh proses tersebut, jadi ketika semua bahan bakar nuklir bintang akhirnya berubah menjadi besi, tidak ada fusi lebih lanjut yang dapat terjadi dan bintang runtuh. Ini mungkin meninggalkan inti besi padat, bintang neutron atau lubang hitam, tergantung pada massa bintang. Dalam kasus lubang hitam, tidak ada proses fisik yang diketahui dapat menghasilkan tekanan internal yang cukup untuk menghentikan keruntuhan gravitasi, sehingga keseimbangan hidrostatik tidak dapat dicapai dan diperkirakan bahwa bintang berkontraksi ke titik kepadatan tak terbatas yang dikenal sebagai singularitas.