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。热气球上升时，把球囊内的空气加热，空气排出使其变轻，重力小于浮力就可以使气球载重升空；热气球下降时则停止加热，冷空气又进入球囊，气球的重力增加，重力大于浮力时便下降。
热气球(HotAirBalloon)是一个比空气轻，上半部是一个大气球状，下半部是吊篮的飞行器。气球的内部加热空气，这样相对与外部冷空气具有更低的密度，作为浮力来使整体发生位移；吊篮可以携带乘客和热源(大多是明火)。现代运动气球通常由尼龙织物制成，开口处用耐火材料制成。
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。
热气球的唯一飞行动力是风。对于环球飞行的热气球来说，必须选择速度和方向都合适的高空气流，并随之运动，才能高效地完成飞行。就像作环球旅行时需要不停地换飞机一样，热气球需要搭乘不同的气流，“换气流”时飞行员所要做的就是调整高度，热气球的高度通常要达到十几千米。