La stabilité décrit à quel point la fréquence d'horloge résiste aux fluctuations. La fréquence peut fluctuer en raison de plusieurs facteurs : les variations de température, le temps (vieillissement), la tension d'alimentation, les chocs, les vibrations et la charge capacitive que l'horloge doit supporter. La température est souvent le principal facteur de stabilité de l'oscillateur à quartz.

Certains oscillateurs sont montés dans de petits fours où la température est contrôlée ; ceci permet d'obtenir une stabilité bien meilleure qu'avec les autres techniques. Ces oscillateurs sont appelés oscillateurs thermostatés (ou de type OCXO, pour Oven Controlled Crystal Oscillator). Par exemple, le NI 6608 est doté d'un oscillateur de type OCXO.