La dynamique verticale de la lithosphère est gouvernée par l’isostasie. On fait l’hypothèse qu’un équilibre isostatique est réalisé en subdivisant la lithosphère et l’asthénosphère sous-jacente en colonnes, et en imaginant une surface horizontale courant dans l’asthénosphère au niveau de laquelle toutes ces colonnes appuient d’un poids égal (surface de compensation). Comme l’asthénosphère est capable de fluer, si une colonne devient plus lourde que les autres, elle s’enfonce et l’on retranche la hauteur correspondante d’asthénosphère au calcul de sa masse. La théorie isostatique permet d’expliquer de nombreux faits comme les racines crustales des montagnes (le déficit de masse dû à la densité plus faible de la croûte par rapport à celle du manteau compense la masse des reliefs), mais aussi la remontée du Moho dans un rift, la subsidence thermique de la lithosphère océanique, le rebond isostatique de la Scandinavie déglacée… L’isostasie permet également d’expliquer la courbe hypsométrique des reliefs terrestres, et la différence très marquée entre les continents, d’altitude moyenne 300 mètres, et le plancher des océans, de profondeur moyenne 5000 mètres : la croûte océanique plus dense que la croûte continentale, amène la lithosphère océanique à s’équilibrer plus bas (le calcul complet tient compte des densités des deux types de lithosphère donc des épaisseurs différentes des deux types de croûtes).