Lorsque l’air à l’intérieur d’une montgolfière est chauffé, il se dilate. En effet, les molécules d’air se déplacent plus rapidement lorsqu’elles sont chauffées et occupent donc plus de place. À mesure que l’air se dilate, il devient moins dense que l’air plus frais à l’extérieur du ballon. Cette différence de densité crée une force appelée flottabilité, qui pousse le ballon vers le haut.

La flottabilité est une force exercée sur un objet partiellement ou totalement immergé dans un fluide. L'ampleur de la force de poussée est égale au poids du fluide déplacé par l'objet. Dans le cas d’une montgolfière, le fluide déplacé est l’air plus frais à l’extérieur du ballon.

Plus la différence de densité entre l’air à l’intérieur et à l’extérieur du ballon est grande, plus la force de flottabilité sera grande. C’est pourquoi les montgolfières montent plus vite lorsque l’écart de température est plus important.

Outre la différence de densité, la forme d’une montgolfière contribue également à sa capacité à s’élever. Le ballon a la forme d’une sphère, qui est la forme la plus aérodynamique. Cela signifie que le ballon subit moins de traînée lorsqu’il se déplace dans les airs.

La combinaison de la flottabilité et de la conception aérodynamique permet aux montgolfières de s'élever dans le ciel.