舰艇上多设有淡水舱、燃油舱、压载水舱以及污水舱等液舱柜，若舱内液体不满，则舰艇倾斜时，舱内的液体也将流向一舷，且液面保持与水面平行，这种可以自由流动的液面称为自由液面。现讨论自由液面对初稳性的影响。
图3-24 液舱内的自由液面对稳性影响
如图3-24所示，设舰艇的重量为P，自由液体的体积为v，液体的质量密度为ρ1，当舰艇处于正浮状态时，其重心在G点。舱内的自由液面在CD位置，且平行于水线面WL，其重心在a点。当舰艇倾斜一小角度φ后，舱内液体自由表面倾斜至C1D1，且平行于新水线面W1L1，其重心由a点移至a1点。液体重心a点的移动与3.2.2小节讨论的舰艇等体积倾斜时浮心B的移动相类似，重心a沿着以m点为圆心、
为半径的圆弧移动到a1点，根据式（3-5）有：
式中 ix——自由液面对其倾斜轴线的面积惯性矩（自由液面横向面积惯性矩）；
v——舱内液体的体积。
现在a点加上一对大小相等、方向相反的共线力ρ1gv，则舱内液体移动相当于增加了一个倾斜的力偶矩，该力偶矩方向与舰艇倾斜方向相同，其数值为
将式（3-80）代入式（3-81）中，得到舱内液体移动产生的力偶矩：
因此，舰艇横倾φ角时，除本身的复原力矩Mr=Phsinφ外，舰艇还会受到一个自由液面所引起的横倾力矩mh。扣除自由液面移动引起的力矩mh后舰艇的复原力矩为
则考虑自由液面的影响时舰艇的横稳性高为
记
Δh称为自由液面对横稳性高的修正值，其数值与自由液面面积的大小、舰艇的重量有关，一般与液舱内液体的量无关。由此可见，自由液面的影响使横稳性高减小了ρ1g·ix/P。
用类似方法可以求得自由液面对纵稳性高的影响：
纵稳性高改变量为
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式中 iy——自由液面对其倾斜轴线的面积惯性矩（自由液面纵向惯性矩）。
由于纵稳性高H的值比较大，与H相比ΔH通常可忽略不计，仅在液舱长度较大、惯性矩iy的值比较显著的情况下才有考虑的必要。
对于船上有若干个带有自由液面舱室的情况，则可先算出各自的ρ1gix，然后把它们加起来除以舰艇的重量，得到所有自由液面对横稳性高的修正值-
，此时新的横稳性高为
同理，对于纵倾情况有
从以上的推导可以看出，自由液面的影响总是使舰艇的初稳性高减小。对于装有大量液体载荷的舰艇，如油船、水船应特别注意自由液面对稳性的影响。军舰破损进水常常会带来大量的自由水面，有时甚至能使稳性高降为负值而使舰艇处于易倾覆的危险状态。
为了减小自由液面对初稳性的不利影响，最有效的办法是使液体自由液面的面积惯性矩ix尽量小。在结构上可采取加纵向隔舱壁的办法。以下举一简单的例子，说明设置纵向舱壁对减小自由液面影响的效果。
图3-25 矩形自由液面
设有一个长为l、宽为b的矩形自由液面，如图3-25（a）所示。横倾时该自由液面的横向惯性矩为
若采用纵向舱壁将其分成两个相同的部分，如图3-25（b）所示，则自由液面A1及A2的横向惯性矩总和为
比较式（3-90）和式（3-91）可知，用纵向舱壁将自由液面分成二等份后，自由液面对稳性的不利影响可减小至原来的1/4。同样可以证明，如果用两道纵向舱壁将自由液面等分成三等份，则其影响可减小至原来的1/9。进一步做出推论：将舱室等分成n等份后，自由液面的影响可减小到未分舱前的1/n2。该结论主要适用于自由液面呈矩形的情形。
因此，船上宽度较大的油舱、水舱等通常都要设置纵向舱壁，以减小自由液面对稳性的不利影响。
此外，在舰艇的日常航行中也应力求避免或减少自由液面的存在，如必须按规定程序使用油水，应避免形成多块自由液面同时存在的不利局面。
从前面讨论可以看出，在一般情况下，如图3-26（a）所示，自由液面对初稳性的影响与液舱内液体的量无关。但是在某些特殊情况下，在应用式（3-85）时可能产生较大的误差，例如甲板上集了一层薄薄的水（见图3-26（b）），可能在倾角不大时，水就集中于一舷了，惯性矩ix迅速减小，对初稳性的影响不过是一薄层水移动了距离d所造成的，对于这种情况式（3-85）显然是不适用的。此外，当舱内液体接近灌满时（见图3-26（c）），情况也与甲板上集薄层水时类似。
图3-26 自由液面
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