熱氣球的基本原理是熱脹冷縮。當空氣受熱膨脹後，比重會變輕而向上升起。熱氣球上升時，把球囊內的空氣加熱，空氣排出使其變輕，重力小於浮力就可以使氣球載重升空；熱氣球下降時則停止加熱，冷空氣又進入球囊，氣球的重力增加，重力大於浮力時便下降。
熱氣球的唯壹飛行動力是風。對於環球飛行的熱氣球來說，必須選擇速度和方向都合適的高空氣流，並隨之運動，才能高效地完成飛行。就像作環球旅行時需要不停地換飛機壹樣，熱氣球需要搭乘不同的氣流，“換氣流”時飛行員所要做的就是調整高度，熱氣球的高度通常要達到十幾千米。
熱氣球的歷史發展
十八世紀，法國造紙商蒙戈爾菲耶兄弟（也就是孟戈菲兄弟）因受碎紙屑在火爐中不斷升起的啟發，用紙袋聚熱氣作實驗，使紙袋能夠隨著氣流不斷上升。
1783年6月4日，蒙戈爾菲耶兄弟在裏昂安諾內廣場做公開表演，壹個圓周為110英尺的模擬氣球升起，這個氣球用糊紙的布制成，布的接縫用扣子扣住。兄弟倆用稻草和木材在氣球下面點火，氣球慢慢升了起來，飄然飛行了1.5英裏。乘坐蒙戈爾菲耶兄弟制造的氣球的第壹批乘客是壹只公雞、壹只山羊還有壹只鴨子。