基本原理就是熱脹冷縮。空氣受熱膨脹後，比重會變輕而向上升起。因為空氣是有質量的物質，相同體積的空氣，溫度不同，它們的密度、質量也不同。球囊內空氣被加熱後密度變小，質量輕於球囊外相同體積的冷空氣，於是球囊產生浮力而升空。對航空器而言，我們把這一浮力叫做升力。

燃燒器將球囊內空氣加溫時，囊內空氣膨脹，密度變小，膨脹後多餘的空氣從氣球底口排出。而後氣球就可以上升了。熱氣球的飛行是根據熱空氣輕於冷空氣而產生升力以及空氣靜力學的原理。透過燃燒器點火、熄火的時間長短和頻率間隔來調整球囊內的氣體溫度。

從而控制熱氣球的上升和下降，利用不同高度層的不同風向來控制和調整前進方向，熱氣球的飛行速度大致與風速相同。熱氣球，由球囊、吊籃和加熱裝置三部分構成，球皮是由強化尼龍製成的，儘管它的質量很輕，但卻極結實，球囊是不透氣的。

擴充套件資料；

熱氣球起飛時向球囊裡噴火，加熱球囊內部空氣。熱空氣不會從氣囊底部的開孔中逸出，如果駕駛員持續點燃噴射的氣體燃料，氣球將持續上升，但存在一定的高度限制，因為空氣最終變得過於稀薄，以致於浮力太弱而不足以抬升氣球。浮力等於氣球所排開空氣的重量。

因此通常大型氣囊的上升高度限制要高於小型氣囊，大多數熱氣球使用藤條吊籃作為“乘客廂”藤條很適合用於氣球，因為它結實、柔韌且相對較輕。柔韌性有助於氣球著陸，而用更為堅硬材料製成的吊籃會使乘客感覺到巨大的衝擊力。藤條材料則能夠稍微彎曲，吸收一部分能量。