Nach dem Prinzip des Archimedes ist jeder in eine Flüssigkeit eingetauchte Körper um so viel leichter, als die von ihm verdrängte Flüssigkeit wiegt. Der Körper erhält eine Auftriebskraft, die gleich groß, aber entgegengerichtet der Gewichtskraft der von ihm verdrängten Flüssigkeit ist. Das Archimedische Gesetz gilt somit auch für Gase. Angewendet wird dieses Gesetz bei einem Ballon durch ein Traggas, das leichter ist als Luft. Bei einem „Gasballon“ wird als Traggas i.d.R. Wasserstoff verwendet, bei einem Heißluftballon wird mittels eines Brenners die Luft in der Hülle erhitzt. Und da bekanntermaßen heiße Luft leichter ist als kalte, erhält der Heißluftballon den erforderlichen Auftrieb. Abhängig von der Größe der Hülle und der Zulandung ist ein Temperaturunterschied von etwa 80° Celsius erforderlich, um einen Heißluftballon in die Luft zu heben. Durch Erhöhen der Temperatur oder Abkühlenlassen der erwärmten Luft ist ein Steuern des Ballons in der Vertikalen möglich. Die Richtung indes bestimmt einzig der Wind.

Wichtiger Bestandteil eines Heißluftballons ist die Hülle. Sie umschließt die heiße Luft die den nötigen Auftrieb erzeugt. Der Hüllenstoff besteht aus dünnem und reißfestem Nylon, das mit Polyurethan beschichtet ist. Durch diese Beschichtung wird der Stoff zum einen luftdichter, vor allem aber vor den schädlichen Einflüssen der UV-Strahlung besser geschützt. Der Stoff ist im Gewicht besonders leicht gehalten, damit die Eigenmasse möglichst klein gehalten wird. Dennoch wiegt die Hülle für einen 3000-er Ballon etwa 110 kg.

Zum tragenden Gerippe der Hülle dienen Lastgurte mit der notwenigen Reißfestigkeit. Je nach Größe und Hersteller des Ballons werden unterschiedlich viele vertikale und horizontale Lastgurte verwendet. Üblich sind 24 oder 16 vertikale und bis zu 7 horizontale Lastgurte. Da im oberen Teil der Hülle die Temperatur am größten ist, wird dort häufig ein Spezialstoff verwendet. Dieser dickere und ungeschmeidigere Hyperlast-oder Thermogrip-Stoff ist natürlich aber auch schwerer. Im Top der Hülle ist, je nach Hersteller, ein unterschiedliches Entleerungssystem eingebaut. Damit kann zum Einleiten einer Sinkbewegung, oder zum schnellen Entleeren der Hülle nach der Landung warme Luft über dieses Ventil abgelassen werden. Dieses Ventil wird über Leinen aus dem Korb heraus bedient.

Der Korb dient als Passagierraum und soll daher den Insassen möglichst viel Schutz bieten. Das Traggerüst ist sehr stabil bei gleichzeitig hoher Elastizität. Ein rutschfester Boden sorgt für sicheren und bequemen Stand. Das tragende Gerüst besteht z.B. bei einem fire balloon aus einem Hartholzrahmen und umlaufenden Spezialalurohren. Das Geflecht aus dem leichten, aber sehr widerstandsfähigen Peddigrohr ist fest mit dem Bodenrahmen verbunden.

Die Bodenplatte wird vom Rahmen getragen. Edelstahlkorbseile verlaufen geschützt unter dem Korbgerüst durch bis zum Brennerrahmen. Auf die Korbbrüstung aufgesteckte Nylonstützen tragen das Brennersystem. Der Metallrahmen der Brüstung ist mit einer Polsterung umgeben und mit Rindsleder überzogen. Auch in der heutigen Zeit hat sich auf Grund der natürlichen Elastizität und Festigkeit der Weidenkorb gegenüber Kunststoffen oder Leichtmetall als nach wie vor geeignetster Korb im wahrsten Sinne des Wortes behauptet.

Während in den Anfängen des Ballonfahrens vor mehr als 200 Jahren die Luft durch Abbrennen von Stroh und Wolle erwärmt wurde, wird heute ein mit Propangas betriebener Flüssiggasbrenner verwendet. Neben einer entsprechenden Leistung sind die hohe Betriebssicherheit aber auch eine geringe Geräuschentwicklung zum Schutz der Tierwelt wichtige Forderungen für einen modernen Brenner. Des weiteren sind alle Systemteile doppelt vorhanden und unabhängiger voneinander funktionstüchtig. Das flüssige Propangas befindet sich in vier Flaschen, die in den Ecken des Korbes untergebracht sind. Über Schläuche wird das flüssige Gas bei Öffnen des Fahrventils in die Verdampferspirale geleitet. Dort entspannt sich das flüssige Gas durch Erwärmen und Ausdehnen und wird zum Teil gasförmig. In der Spirale entsteht eine ideale Mischung aus gasförmigem und flüssigem Propangas und der richtigen Sauerstoffmenge. An einer ständig brennenden Pilotflamme entzündet sich dann das Propangas und heizt mit einer mehrere Meter langen Flamme die Luft in der Hülle auf.

Neben einem Funkgerät, um Kontakt zum Verfolgerfahrzeug aber auch zu den Flugsicherungsstellen halten bzw. herstellen zu können, gehören ein Höhenmesser, ein Variometer und das Hüllenthermometer zu den vorgeschriebenen Instrumenten eines Heißluftballons. Darüber hinaus können ein Kompass, ein Transponder (Sekundärradar) oder ein Barograph sinnvoll bzw. vorgeschrieben sein. Der Höhenmesser zeigt dem Piloten die Höhe des Ballons über dem Meeresspiegel an. Diese Information ist in Zeiten des dichten Luftverkehrs besonders wichtig, da die Flugsicherung oft nur bestimmte Höhe für die Fahrt zulassen kann, die dann exakt eingehalten werden müssen. Der Höhenmesser nutzt als Messgröße den Luftdruck, der in den einzelnen höhen unterschiedlich ist. Eine nahezu luftleere Metalldose dehnt sich dementsprechend unterschiedlich aus. Die Dosenbewegung wird auf einen Zeiger übertragen, der sich auf einer Skala bewegt. Die in der Luftfahrt verwendeten Höhenmesser sind auf den Normdruck der Standardatmosphäre von 1013,25 hPa geeicht.

Das Variometer nutzt ebenfalls den Luftdruck als Messgröße und zeigt dem Piloten Sinken oder Steigen an. Im Gegensatz zum Höhenmesser ist die Metalldose nicht geschlossen, sondern über ein Ausgleichsgefäß mit der Außenluft verbunden und nutzt über die Trägheit des Ausgleichs das Verändern des Luftdrucks aus. Mit dem Hüllenthermometer wird die Temperatur in der Hülle gemessen, um ein Überhitzen des Stoffes vermeiden zu können.