熱氣球的原理是熱脹冷縮。
熱氣球是一個比空氣輕，上半部是一個大氣球狀，下半部是吊籃的飛行器。氣球的內部加熱空氣，這樣相對與外部冷空氣具有更低的密度，作為浮力來使整體發生位移；吊籃可以攜帶乘客和熱源（大多是明火）。
熱氣球的唯一飛行動力是風。
對於環球飛行的熱氣球來説，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一樣，熱氣球需要搭乘不同的氣流，“換氣流”時飛行員所要作的就是調整高度，熱氣球的高度通常要達到十幾千米。
熱氣球的構成
熱氣球，更嚴格的講應叫做密封熱氣球，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（有的熱氣球是由滌綸製成的）。儘管它的質量很輕，但卻極結實，球囊是不透氣的。
體積
標準的熱氣球的體積分為幾個級別：七級球體積為2000—2400立方米；八級球體積為2400—3000立方米；九級球體積為3000—4000立方米；十級球體積為4000—6000立方米；異型球，國內唯一一隻熊貓熱氣球，球體積為2300立方米。
吊籃
吊籃由藤條編織而成（我國大多數採用東南亞進口的材料），着陸時能起到緩和衝擊的作用。吊籃四角放置4個熱氣球專用液化氣瓶，置計量器，吊籃內還裝有温度表、高度表、升降表等飛行儀表。
儀器
高度計：高度指示計；升降速度表：顯示上升和下降速度；温度計：指示球囊內的空氣温度。
燃燒器
燃燒器是熱氣球的心臟，用比一般家庭煤氣爐大150倍的能量燃燒壓縮氣，點火燃燒器是主燃燒器的火種。一直保持火種，即使被風吹，也不會熄滅。另外，熱氣球上有兩個燃燒系統以防備空中出現的故障。
燃料
熱氣球通常用的燃料是丙烷或液化氣，氣瓶固定在吊籃內。一隻熱氣球能載運20公斤的液體燃料。當火點燃時，火焰有2—3米高，併發出巨大的響聲。
駕駛
熱氣球並非真的被“駕駛”，它是隨風而行。但是，由於風在不同的高度有不同的方向和速度，駕駛員可以根據飛行需要的方向選擇適當的高度。
速度
熱氣球飄飛速度的快與慢，是由風速的快慢決定的，因為熱氣球本身並沒有動力系統，飛行速度完全取決於風速。熱氣球最大下降速度6米/秒，最大上升速度5米/秒。
