La densité de l'air diminue à mesure que l'altitude augmente. Cela signifie qu’il y a moins d’air par unité de volume à des altitudes plus élevées. La pression atmosphérique diminue également à mesure que l’altitude augmente, ce qui signifie que le poids de l’air au-dessus d’un point donné diminue à mesure que l’altitude augmente. Cette diminution de poids entraîne une dilatation de l’air et une diminution de sa densité.

La raison pour laquelle il y a plus d’air plus près de la surface est que la gravité de la Terre attire l’air vers le sol. L'air est comprimé par le poids de l'air au-dessus de lui, ce qui le rend plus dense. L'air plus dense est moins susceptible de s'élever, il reste donc plus proche de la surface.

La densité de l'air dépend également de la température. L’air chaud est moins dense que l’air froid, il monte donc. C'est pourquoi les montgolfières s'élèvent. L'air à l'intérieur du ballon est chauffé, ce qui le rend moins dense que l'air ambiant. Cette différence de densité fait monter le ballon.