É um aerostato que consiste num grande compartimento denominado envelope, que sustem o ar quente no seu interior. Por baixo do envelope, suspenso, encontra-se o cesto (em voos de longa distância ou de grande altitude, o cesto pode ser substituído por uma cápsula), que serve para carregar tripulantes e diversos materiais. Entre ambos, é instalado um ou mais aparelhos frequentemente referidos como "queimadores", que fazem uso de botijas de gás propano, aquecendo o gás acima dos 100 graus centígrados, para produzir uma fonte de calor ou uma chama, que enche o envelope com uma quantidade de gás mais quente e leve que o ar frio no exterior, o que permite ao aparelho ficar mais leve que o ar.

Assim como qualquer aeronave, os balões de ar quente não podem voar para além da atmosfera. Diferentes dos balões a gás, o envelope não tem que ficar selado em baixo. Na actualidade, em desportos de balões de ar quente, o envelope é feito de nylon e, na extremidade próxima ao queimador, é feito de um material à prova de incêndio como, por exemplo, o nomex.