熱氣球的飛行原理主要基於熱空氣的密度比冷空氣低，因此相同體積的熱空氣比冷空氣輕，從而產生浮力。在熱氣球升空過程中，空氣被電風扇吹入球囊，燃燒器加熱空氣後，熱空氣膨脹並變得比外面的空氣輕，使氣球飄浮起來。爲了降落，可以減小燃燒器的火力或打開氣球頂部以冷卻內部空氣。熱氣球不能像固定翼飛機那樣通過方向盤和制動裝置控制飛行，而是通過調整球囊內空氣的溫度（氣體密度）來控制升降，飛行員需要在升空前確認風向、風力和地形，以通過控制熱氣球的升降來控制前進方向。熱氣球的飛行動力主要是風，而太陽昇起或下山前的一兩個小時是熱氣球飛行的最佳時間，因爲此時風通常很平靜，氣流穩定。