Тонкая тканевая оболочка, наполненная воздухом всего лишь немного теплее окружающего, всё равно способна взлетать. Ключ здесь — в плотности. Нагретый воздух внутри шара имеет меньшую массу в пересчёте на единицу объёма, чем более холодный воздух снаружи. Эта разница и создаёт выталкивающую силу, которую описывает принцип Архимеда.

Выталкивающая сила равна весу вытесненного наружного воздуха. Если суммарная масса оболочки, корзины, пассажиров и нагретого воздуха меньше массы вытеснённого объёма воздуха, шар начинает подниматься. Даже небольшое уменьшение плотности — за счёт повышения температуры всего на несколько десятков градусов — становится заметным, когда умножается на огромный объём оболочки.

Газовые законы формализуют этот баланс, прежде всего уравнение идеального газа и связь между температурой, давлением и объёмом. При примерно постоянном давлении нагрев внутреннего воздуха увеличивает его объём или, если объём фиксирован оболочкой, снижает его плотность. Конструкторы стремятся максимально увеличить объём шара, чтобы усилить этот эффект, а горелки управляют температурой, регулируя подъёмную силу и позволяя аппарату плавно перемещаться в окружающем воздухе.