Воздушный шар набирает высоту потому, что нагретый воздух в оболочке становится менее плотным, чем окружающий. Остальное тихо делает сила Архимеда. Шар вытесняет большой объем наружного воздуха, и, согласно принципу Архимеда, возникающая вверх направленная сила равна весу вытесненного воздуха. Если эта сила больше суммарного веса оболочки, корзины, топлива и пассажиров, система начинает подниматься, не нуждаясь ни в крыльях, ни в двигателях.
Вся суть физики здесь сводится к управлению плотностью газа с помощью небольшой разницы температур. Нагрев воздуха внутри повышает среднюю кинетическую энергию молекул, давление при фиксированном объеме растет, затем часть воздуха выпускают, чтобы внутреннее давление примерно сравнялось с наружным, а плотность при этом снизилась. Более разреженный воздух внутри создает результирующую подъемную силу, способную удерживать на весу несколько тонн, потому что холодный наружный воздух в таком же огромном объеме весит еще больше. Затраты энергии при этом относительно невелики по сравнению с поднимаемым весом: атмосферный воздух сам обеспечивает основную «опору», а горелка лишь регулирует контраст плотностей.
На высоте пилоты тонко настраивают подъемную силу, кратковременно включая и выключая горелку, чтобы контролировать температуру внутри оболочки, и одновременно используют естественное изменение давления с высотой. Конвекция внутри шара помогает удерживать самый горячий воздух у верхней части оболочки, где он дает максимальный подъем. Открытое снизу отверстие позволяет более холодному воздуху заходить внутрь, когда пламя уменьшают: плотность растет, подъемная сила падает, и шар начинает снижаться.
