碳酸铯整体化学稳定性中等偏上，但受环境影响明显，其稳定性主要体现在热稳定性、空气中稳定性、水溶液稳定性及与常见物质的相容性等方面：
1. 热稳定性
常压下加热至 610 ℃ 开始分解，生成氧化铯和二氧化碳，温度越高分解越快。
常规烘干、加热反应（＜200 ℃）下基本稳定，不分解、不挥发，可安全使用。
高温下会与二氧化硅反应，侵蚀玻璃、石英，因此高温反应不宜使用石英器皿。
2. 在空气中的稳定性
极易吸湿潮解，敞口放置会快速吸收空气中水分，逐渐结块甚至液化，是典型的潮解性盐。
同时可吸收空气中的 CO₂、SO₂ 等酸性气体，发生副反应生成相应盐类，导致纯度下降。
必须密封、干燥、避光保存，否则会因吸湿性失效。
3. 水溶液稳定性
溶于水后完全电离，水溶液强碱性，常温下稳定，不分解、不氧化。
长期敞口存放会吸收 CO₂ 生成碳酸氢铯，导致碱性略有变化，但无明显沉淀或变质。
遇酸立即反应放出 CO₂，碱性被中和。
4. 氧化还原稳定性
碳酸铯本身无氧化性、无还原性，在常规反应体系中不参与电子转移，化学性质温和。
不与常见氧化剂、还原剂发生反应，在中性、弱碱/弱酸性环境中均可稳定存在。
5. 对光照与环境的稳定性
常温避光条件下可长期稳定储存，光照对其基本无影响。
对金属（铁、镍、不锈钢）相容性好，不腐蚀常用金属容器；但对铝、锌等两性金属有腐蚀作用。
6. 储存与使用稳定性总结
干燥密封条件下：稳定性 ，可长期存放。
潮湿开放环境：稳定性差，易潮解变质。
高温环境：＞600 ℃开始分解，稳定性下降。