氢气是世界上最轻的气体。它的密度非常小，只有空气的1/14.要使气球能够升空，那么就要使气球内的气体密度较小（比空气轻）。由于氢气是一种密度较低的气体，把氢气注入气球内，便可以使它飘浮在空中。
气球的升空还靠一样东西——浮力。液体和气体对浸在其中的物体有向上的托力，物理学中把这个托力叫做浮力。漂浮于流体表面或浸没于流体之中的物体，受到各方向流体静压力的向上合力。其大小等于被物体排开流体的重力。例如石块的重力大于其同体积水的重量，则下沉到水底。木料或船体的重力等于其浸入水中部分所排开的水重，所以浮于水面。气球的重量比它同体积空气的重力小，即浮力大于重力，所以会上升。
热气球升高的原理也是一样的。热气球由气囊和吊在气囊下面的吊篮或吊舱组成。气囊内充满了密度比空气小的浮升气体，使气球升空。热气球是一种无动力装置的航空器，可用于大气研究、跳伞训练以及散发宣传品等，小型的热气球也可作玩具。
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10多千米。
同时，热气球升空的动力来自于燃烧系统，当燃烧系统燃烧丙烷或液化石油气所产生的热气装满球囊时，由此产生的升力使热气球上升并承受载荷主体。
艺术彩球就是取材于传统玩具中的气球，经过专业人员不断创新，已形成了一门专业艺术，在各类喜庆、广告活动中已成为一种时尚的选择。彩球艺术中最基本的材料就是气球，根据生产气球使用的原料不同可分为乳胶气球和铝箔气球，乳胶气球是使用天然的乳胶和不同色彩染料添加剂制成的，具有不同的色彩和不同的质感，根据气球的形状不同，乳胶气球又分为圆形彩球、心形彩球、花瓣形彩球、空形彩球、圆柱形彩球，等等。乳胶气球的充气多用普通空气或氦气，也可用氮气，但绝不可用氢气，充普通空气的气球不会自动飘起。当对乳胶气球充气时，球皮将逐渐膨胀并延伸到适当的尺寸，由于乳胶气球充气越大则球皮越薄，为了延长乳胶气球充气后的可持续时间，最好别把它吹至所标识的直径尺寸，一个直径11英寸的乳胶气球，一般吹至9～10英寸就可以了。铝箔气球是由金属铝箔与聚酰胺纤维等材料复合制成，密封性好，它比乳胶气球保持充气后的膨胀时间要强十几倍。铝箔气球充气后一般为自动封口。
热气球的历史：中国在10世纪时就以纸糊灯笼下燃松脂得以升空作为军事信号，这种松脂灯（又名孔明灯）就是一种原始的热气球。1783年6月4日，法国人蒙哥尔费兄弟表演了他们制作的热气球。1783年法国物理学家J。A。C。查理制成和试放第一个氢气球。19世纪初氢气球已成为军事、体育运动和科学试验方面很有实用价值的航空器。但氢气球有易燃易爆的缺点。20世纪20年代以后，出现了用氦气代替氢气的氦气球。氦气球比较安全，但价格昂贵。30年代以后，气球在高空探测科学研究方面的应用日趋广泛。1960年前后，载人气球的飞升高度已达34.5千米，不载人气球达到46千米，载重量已可超过5000千克。
二战以后，高新技术使球皮材料以及致热燃料得到普及，热气球成为不受地点约束、操作简单方便的公众体育项目。
20世纪80年代，热气球引入中国。1982年美国著名刊物《福布斯》杂志创始人福布斯先生驾驶热气球、摩托车来中国旅游，自延安到北京，完成了驾驶热气球飞临世界每个国家的愿望。
热气球作为一个体育项目正日趋普及，它曾创造了上升34668米高度的纪录。1978年8月11日至17日，“双鹰Ⅲ号”成功飞越了大西洋，1981年“双鹰Ⅴ号”又成功跨越太平洋。