直流分析关注稳态：当输入 $V_{in}$ 为常数时，输出 $V_{out}$ 稳定后的数值。瞬态分析（transient analysis）则关注当输入 $V_{in}$ 变化时，输出 $V_{out}$ 的变化。
瞬态分析常研究阶跃输入（step/ramp input）的响应。即输入由 0 突变到 VDD 或从 VDD 突变到 0。相应的，输出的变化即是阶跃响应（step response）。
反相器阶跃响应
考虑一个有负载电容的理想反相器。在时刻 $t_0$ 施加一个上升的阶跃电压，有：
$$
V_{in}(t)=u(t-t_0)V_{DD}
$$
在 $t_0$ 之前，$V_{out}=V_{DD}$，研究 $V_{out}(t\geq t_0)$。考虑电容充电放电的微分方程：若电容 $C$ 以电流 $I$ 充电，电容两端的电压变化遵循：
$$
I=C\frac{dV}{dt}
$$
那么对于施加上升阶跃输入的反相器而言，nMOS 开启，$I_{dsn}$ 开始流动为负载电容放电，有：
$$
\frac{dV_{out}(t)}{dt}=-\frac{I_{dsn}(t)}{C_{load}}
$$
nMOS 的输出极为漏极，源极接地，所以输出电压为漏源电压 $V_{out}=V_{ds}$。代入 nMOS 的一阶晶体管模型（见「IV 特性」一节），有：
$$
\begin{equation}
\frac{dV_{out}(t)}{dt} =
-\frac{I_{dsn}(t)}{C_{load}} =
-\frac{\beta}{C_{load}}
\begin{cases}
0, & t \leq t_0 \\
\dfrac{(V_{DD}-V_t)^{2}}{2},
& V_{out} > V_{DD}-V_t \\
\left(V_{DD}-V_t-\frac{V_{out}(t)}{2}\right)V_{out}(t),
& V_{out} < V_{DD}-V_t
\end{cases}
\end{equation}
$$
作出理想反相器的上升阶跃响应图：
nMOS 导通后，首先进入饱和区，电流固定，输出电压线性下降，直到达到 $V_{DD}-V_t$，此后进入线性区，输出电压非线性的下降（但电流是近似线性下降的！）。$\beta_n=\beta_p$ 时，下降阶跃响应是对称的。
反相器斜坡响应
实际电路中的输入信号来自另一个逻辑门，因此其上升或下降时间并不为 0（非阶跃）。同样考虑一个上升的输入信号，但其上升时间非零，这样的信号近似于一个斜坡。
假设 $V_{tn}+|V_{tp}|<V_{DD}$，输入电压 $V_{in}$ 由 0 上升到 $V_{DD}$，输出电压 $V_{out}$ 会经历三个阶段：
阶段一 $0<V_{in}<V_{tn}$：nMOS OFF，pMOS ON
$$
V_{out}=V_{DD}
$$
阶段二 $V_{tn}<V_{in}<V_{DD}-|V_{tp}|$：nMOS ON, pMOS ON（互相对抗）
$$
\frac{dV_{out}}{dt}=\frac{I_{dsp1}-I_{dsn1}}{C_{load}}
$$
阶段三 $V_{DD}-|V_{tp}|<V_{in}<V_{DD}$：nMOS ON, pMOS OFF
$$
\frac{dV_{out}}{dt}=\frac{-I_{dsn1}}{C_{load}}
$$
与阶跃上升信号相比，斜坡上升信号的传播延迟（见下一节）增大。这是因为在第二阶段中，nMOS 一开始并没有完全导通，且它还必须与 pMOS 对抗。