熱氣球的升空原理主要基於熱空氣密度比冷空氣密度小的現象，當熱氣球的球囊內的空氣被加熱時，空氣受熱膨脹，導致其密度降低，從而變得比外部的冷空氣輕。由於熱空氣比冷空氣輕，熱空氣會向上升，這種現象產生了浮力，使熱氣球得以升空。
在飛行過程中，通過調整燃燒器的燃燒開關的間隔時間來控制球囊內空氣的溫度，進而控制氣球的升降。當需要上升時，增加加熱時間，需要下降時，減少或停止加熱，使空氣逐漸冷卻。此外，熱氣球飛行員還可以利用不同高度層的風向來控制和調整飛行方向。但熱氣球不能主動改變方向，其飛行速度與風速相同。
需要注意的是，熱氣球的上升高度受到一定限制，因爲隨着高度的增加，空氣變得稀薄，浮力不足以維持氣球的升空。