热气球是利用加热的空气或某些气体比如氢气或氦气的密度低于气球外的空气密度以产生浮力飞行。热气球主要通过自带的机载加热器来调整气囊中空气的温度，从而达到控制气球升降的目的。热气球的基本原理是热胀冷缩。当空气受热膨胀后，比重会变轻而向上升起。
空气是有质量的物质。相同体积的空气，温度不同，它们的密度、质量也不同。这就像水和冰，水结成冰后密度变小。把冰块按入水底，它总漂上来，就是因为冰比水密度小的缘故。气球升空的原理简单地说就是：球囊内空气被加热后密度变小，质量轻于球囊外相同体积的冷空气，于是球囊产生浮力而升空（像冰块在水中上浮一样）。对航空器而言，我们把这一浮力叫做升力。比如一个标准的AX—7级的热气球，它的球囊体积为2180立方米（77000立方英尺），在海平面气温15℃时，该球囊内空气总质量为2670公斤。燃烧器将球囊内空气加温时，囊内空气膨胀，密度变小，膨胀后多余的空气从气球底口排出。囊内2180立方米的热空气达到100℃时，质量变为2070公斤，比相同体积的冷空气（15℃）轻了600公斤，此时气球产生了600公斤的升力。如果气球飞行总质量小于600公斤，气球就可以上升了。
时间
中太阳刚刚升起时或太阳下山前一二个小时，是热气球飞行的时间，因为此时的风通常很平静，气流也很稳定。大风、大雾都不利于热气球的飞行。按照规定，风速小于6米/秒，能见度大于1.5公里，而且飞行空域内无降水，才可以自由飞。
运动和旅游
第二次世界大战以后，随着经济的发展，高新技术的应用，化学纤维的研发和丙烷气体的普及，热气球运动获得了迅猛的发展，热气球主要用于航空体育运动和游览观光，由于热气球操作简单，对起飞、着陆场地的要求不高，热气球运动真正发展成为一项时尚、健康的户外休闲体育运动。在欧美等发达国家，几乎每天都有热气球比赛或活动，大部分的热气球为大企业所有，或者由企业资助参加比赛。