用热空气作为浮升气体的气球。在气囊底部有供冷空气加热用的大开口和吊篮。空气加热后密度减小，温度达100℃时密度约为0.95kg/m3，是空气的1/1.3，因此升空不高。现代热气球在吊篮中安装有简单的飞行仪表、燃料罐和喷灯等设备。从地面升空时，点燃喷灯，将空气加热后从气囊底部开口处充入气囊。升空飞行后，控制喷灯的喷油量操纵气球的上升或下降。热气球出现得早，现今乘热气球飞行已成为人们喜爱的一种航空体育运动。此外，热气球还常用于航空摄影和航空旅游。
如果飞行中氦气出现泄漏，热气球将变成完全靠加热保持高度；如果泄漏加大，不能保持高度，气球将会起到降落伞的作用，把下降速度控制在每秒5米之内；如果状况继续恶化，飞行者还有足够的时间跳伞；以后就是救援人员的事了。在近两次环球飞行中（1998年12月、1999年3月），从太平洋里救出“ICO环球”和“有线与无线”人员的分别是美国海岸警卫队和日本国民自卫队。
国际航空联合会（FAI）下属的气球理事会（CIA）根据填充的气体不同，把气球分成四类：
AA型：
填充比空气轻的气体如氢气或氦气，气囊不密闭，没有加热装置；
AX型：
气囊中填充空气，通过装置对空气加热，使之变轻获得升力，又被称为热气球；
AM型：
既填充“轻气”（如氢气或氦气），又具有加热装置的气球，又被称为罗泽（Rozier）气球；
AS型：
填充“轻气”（如氢气或氦气），气囊密闭，由于高度可通过充气量控制，用于科学研究。
仪器
高度计：高度指示计；升降速度表：显示上升和下降速度；温度计：指示球囊内的空气温度。
燃烧器
燃烧器是热气球的心脏，用比一般家庭煤气炉大150倍的能量燃烧压缩气，点火燃烧器是主燃烧器的火种。一直保持火种，即使被风吹，也不会熄灭。另外，热气球上有两个燃烧系统以防备空中出现的故障。