Se o ar dentro de um balão quente for aquecido, sua densidade diminuirá, fazendo com que o balão suba.

De acordo com a lei dos gases ideais, à medida que a temperatura de um gás aumenta, seu volume também aumentará se a pressão permanecer constante. Num balão quente, o ar aquecido expande-se e torna-se menos denso que o ar mais frio fora do balão. Essa diferença de densidade cria uma força de empuxo que empurra o balão para cima. Enquanto a temperatura do ar dentro do balão for superior à temperatura do ar exterior, o balão continuará a subir. Se a temperatura dentro e fora do balão for igual, ele não aumentará nem diminuirá (flutuação neutra). Por outro lado, se a temperatura dentro do balão cair abaixo da temperatura externa, o balão começará a afundar.

Este princípio é o que permite que os balões de ar quente voem. Ao controlar a temperatura do ar dentro do balão, os pilotos podem determinar a altitude e a direção de deslocamento do balão. O aquecimento do ar faz com que o balão suba, enquanto o resfriamento do ar faz com que ele desça. O queimador de um balão de ar quente monitora constantemente a temperatura dentro do balão e ajusta o calor de acordo para manter a altitude desejada.