早期热气球飞行
1783年，依靠热气球的帮助，人类首次实现了在蓝天飞翔的愿望。
中国古代的“松脂灯”（又称“孔明灯”或“灯球”）可以算是最早的热气球。据传说，五代时，有个莘七娘在作战时，曾经制作过“松脂灯”，用于军事通讯。她用竹蔑子扎成架子，糊上纸，做成灯笼形，下面用松脂点燃，灯就可以飞上高空，作为军事信号。南宋时期，在范成大的《石湖居士诗集》中有这样的记载：“掷烛腾空隐”，注曰：“小球灯时掷空中”。1271—1368年，元代军队作战时，还曾经使用不同颜色的松脂灯，升到空中作为联络信号。现在，生活在我国西双版纳的傣族在过节的时候还制作这种热气球，以增加喜庆的气氛。
热气球升空的力学原理可以认为早在古希腊时期就已经奠定了，它是古希腊著名学者阿基米德（约公元前287—前212年）发现的阿基米德定律。这个定律说明了物体在液体或气体中漂浮的原理，它指出物体在液体和气体中都受到液体或气体对它的向上的浮力，浮力的大小等于物体排开液体或气体的重量。如果物体只受浮力和重力，浮力又大于它的重量，物体就会上升。
1782年，在法国里昂附近一个叫昂诺内的小镇子上，有一家经营造纸业的兄弟，哥哥叫约瑟夫·蒙戈尔菲耶（1740—1810年），弟弟叫雅克·蒙戈尔菲耶（1745—1799年）。他俩兴趣爱好广泛，尤其是对新科学发现和技术发明十分关心。他们曾经仔细阅读过当时著名化学家普利斯特列（1733—1804年）的《各种气体的观察》，并重复过书中的一些实验。1782年冬天的一个晚上，蒙戈尔菲耶兄弟俩在巴黎参观了一个盛大的展览会。在展览会上，他们被来自日本的一种神奇的灯笼所吸引，这种灯笼可以自己升浮到空中。灯笼的结构非常简单，形状似一个封闭的球体，只是在底部有一个圆形的开口，开口上连有一根薄薄的竹片，竹片上放着一根细细的蜡烛。当表演者点燃蜡烛后，灯笼就奇迹般地升到了空中，一直可以上升到比树顶还高的位置，直到蜡烛烧尽了，灯笼才慢慢地降回到地面，这实际上是中国古代的松脂灯的再造。
回到家乡后，兄弟俩经常谈起在展览会上的见闻，而且，他们没有停留在赞叹和空谈上，创造性思维的火花已经闪亮，正在等待着燃烧的机会。一天晚上，哥儿俩正在壁炉旁烤火，一缕缕淡淡的炉烟从火堆升起，悠悠地向空中飘去。望着冉冉升起的炉烟，约瑟夫突然萌发了一个想法：要是用一只口袋把烟装进去，烟也许会使口袋一起升起来。于是，兄弟俩找来一块绸子，缝成口袋，把它的开口向下对着火炉，很快口袋就被热气鼓起来了。他们用绳子把口袋的开口系紧，一放手，口袋真的升起来了，一直升到了天花板。他们的第一只热气球制造成功了。
初试成功后，蒙戈尔菲耶兄弟就迷上了热气球。他们不满足于重复前人的工作，他们抱负着人类飞天的远大理想，尝试制作更大的、能飞得更高和更远的气球，他们进行了多方面的技术研究。当时人们还没有认识到，是空气受热后体积膨胀，受到的浮力增大，才使充有热空气的气球能够升上空中。人们以为，燃烧后产生的烟是一种特殊的气体，它可以产生升力。于是，蒙戈尔菲耶兄弟用各种燃烧材料进行飞行试验，稻草、木材、羊毛、旧靴子，甚至腐肉，当然，这方面的试验不会有什么真正的结果。同时，蒙戈尔菲耶兄弟也对制作气球的材料进行了试验，这方面的试验是有意义的。他们发现布和亚麻纸最不容易渗漏，保持热空气和烟气的时间最长。
蒙戈尔菲耶兄弟接连进行了几次小型试验，他们不断加大热气球的体积大小，使用更结实的材料。1783年上半年，他们制造了两个当时看来是庞然大物的气球，其中一个充满气体后直径达到30米。
蒙戈尔菲耶兄弟制作气球的消息不胫而走，很快传到了巴黎。法国科学院派人来到他们居住的昂诺内，让他们证实已经取得的成功。为此，兄弟俩决定进行一次公开试验表演。他们制作了一个直径约11米的大气球，它是用多层帆布做的，里面用纸和亚麻密封。1783年6月5日，在昂诺内的一个广场上，人们挖了一个大坑，坑内放满了稻草、羊毛和麦秸，气球开口向下罩在坑上。当坑内点燃熊熊大火后，热空气和浓烟充入气球。蒙戈尔菲耶兄弟请了8个人从各个方向用力拉住气球，直到气球内充满了气体。气球便慢慢地离开了地面，逐渐上升，大约飞到几百米的高空，在空中飘荡了大约10分钟。随着热空气的冷却和通过孔隙逸出，气球又缓慢地降回到地面。气球飞行十分成功，遗憾的是这次飞行的气球上没有乘客，气球独自享受了飞天的荣誉。
蒙戈尔菲耶兄弟没有停止研究，他们向公众宣布说，准备用热气球载人升空飞行。很快，法国科学院把他们请到巴黎，让他们在凡尔赛广场进行热气球飞行的公开表演。无疑这是对蒙戈尔菲耶兄弟的极大鼓励。1783年9月19日，著名的凡尔赛宫前的广场上，热闹非凡，飞行表演就要举行。著名学者、皇宫大臣、贵族和众多的来宾以及数万市民正在翘首等待，法国国王路易十六和王后也来到了现场观看。在人们的欢呼声中，一只直径约15米的热气球升上了天空。在气球的下面安有一只吊篮，吊篮中有3个不知所措的“乘客”——一只羊、一只鸡和一只鸭子，这是人类首次载动物飞行试验。气球升到约500米的高空，飞行了约3000米，8分钟后落在一片森林里。人们纷纷赶到气球的降落点，发现盛放动物的吊篮已经摔坏，三位“乘客”却状态良好：羊在草地上悠闲地吃草，鸭子在呱呱叫，鸡的翅膀似乎受了轻伤。
在观看气球表演的客人中，有当时的美国驻法大使、著名学者富兰克林（1706—1790年）。当一位朋友指着升起的气球问他：“这东西能有什么用场？”富兰克林反问道：“一个新生的婴儿会有什么用？”
气球表演的成功使路易十六十分高兴，他授予蒙戈尔菲耶兄弟圣米歇尔勋章，并下令以后的热气球都称为蒙戈尔菲耶气球，但是对热气球载人飞行他持保留态度。
载动物飞行成功后，蒙戈尔菲耶兄弟开始积极准备热气球载人飞行。国王路易十六考虑到飞行成败难以预料，宣布让两个判了死刑的囚犯去试飞。一位热气球的狂热支持者德罗齐埃不愿把人类第一次天空飞行的荣誉让给囚犯，他通过朋友说服国王让他去进行这次试飞。蒙戈尔菲耶兄弟让德罗齐埃乘热气球试飞了几次，不过每次都是用绳索把气球系留在地上，防止热气球升得过高或飘得过远。他们逐渐加大上升的高度，最后一次升到近百米高空，停留了近10分钟。这样，热气球载人飞行的技术准备已经做好了。
1783年11月，德罗齐埃在另一位乘客的陪同下，乘一只热气球进行了第一次载人的自由飞行。这只热气球直径约15米，气球下部有一圈阳台式围廊供站人使用。气球下面吊有一个火盆，内装麦秸，飞行中可以点燃麦秸，加热空气，使气球在空中停留更长的时间。热气球从巴黎郊外的布洛涅森林起飞，大约以150米的高度横越巴黎上空，25分钟后降落，飞行距离大约10千米。飞行中火盆中的火曾将气球的气囊烧着，这说明这种用火来加热空气的气球是十分危险的。
蒙戈尔菲耶兄弟的热气球表演轰动了法国，从城市到乡村，街头巷尾人们谈论的主题都是热气球。后来，研究热潮传遍欧洲，甚至在远涉重洋的美洲大陆和技术落后的亚洲也出现了气球飞行活动。
1783年，蒙戈尔菲耶兄弟刚刚开始进行热气球飞行成功后不久，法国科学院就拨专款让科学院的学者们进行气球研究。法国物理学家查理（1746—1823年）等人，把当时气体研究的最新成果应用在热气球技术中，在气球技术的发展中做出了杰出的贡献。气体的研究是当时科学研究的一个热门领域，1766年，英国科学家卡文迪许（1731—1810年）在实验室制得一种气体，由于它与空气混合后，一遇火星就会猛烈爆炸，卡文迪许称它为“可燃空气”，这就是氢气，并证明氢气比空气轻得多。科学院的学者们了解卡文迪许的工作，他们以物理学家的眼光选中氢气来制作气球。1783年8月26日，在蒙戈尔菲耶兄弟来巴黎进行表演之前，查理等人组织了第一次氢气球试验。气球上升了900多米，在空中飘荡了近1个小时，最后降落在214千米外的一个村庄。当地的农民还没有听说过气球飞行，他们以为月亮从天上掉下来了，于是请来一位牧师，牧师断言道：“这东西来自地狱！”结果，农民们把气球撕成了碎片。
在蒙戈尔菲耶兄弟的热气球载人飞行成功以后，1783年12月1日，查理在巴黎向几十万观众表演了氢气球载人飞行。这是一只直径只有8米多的圆形氢气球，由查理设计。查理和他的朋友罗伯特乘坐在吊篮里，气球很快就上升到600多米的高空中，他俩从气球上向观众们挥动着旗子，人们发出雷鸣般的欢呼声。
法国科学院的学者们不仅实现了第一次氢气球载人升空，他们还对气球技术进行了一系列重大技术改进，使气球制作的技术含量大大提高，增加了气球的承载能力，实现了对气球飞行高度的控制，提高了飞行的安全性，他们所设计的气球已经体现了现代气球常见的一些特点。学者们用三角楔形布拼制气球的球体。一条条三角楔形布缝在一起，整个气球看起来就像一个剥了皮的大橘子，现代的气球仍采用这种构造形式。他们采用覆盖织物和支持吊仓的网，这是一个极聪明的设计，可以使吊仓和载荷的力均匀分布到整个气球的上半球，提高气球的承载能力，今天制作气球还是这样做的。他们用放气阀门和压载结合来控制气球的升降，在气球顶部安装手动放气阀门，打开阀门，氢气可以逸出，气球体积变小，受到的空气浮力减小，气球的飞行高度就会下降；在希望气球上升时则可以抛弃部分压载。他们在气球上配置气压计，由气压计的读数可以推算气球的飞行高度；他们在气球底部开留一个小开口，形成安全阀。当环境温度升高或由于飞行高度增加大气压力减小时，球内的氢气都会膨胀，这时氢气可以从小开口泄漏，保证飞行安全。由于技术含量的提高，实现了气球飞行高度的控制和安全保障，气球的应用也就成为可能，法国科学院的学者们已经使热气球从丑小鸭变成了白天鹅。在法国大革命的战争中，法国军队曾经把气球应用于军事侦察，显示出很大的优越性。
继法国人之后，英国人和意大利也进行了有影响的气球飞行试验。
它是由居住在伦敦的意大利流亡者赞贝卡里伯爵实现的，飞行吸引了伦敦各处的观众。
1784年，年轻的意大利人卢纳尔迪乘充氢气的气球上天时，现场有许多人在观看，观众中有威尔士亲王和其他显贵。
气球作为科学调查仪器的可能性一开始就被人们认识到了。气球飞行员收集了大气上层的空气样品，人们请卡文迪许对样品进行了分析。卡文迪许发现，上层大气的化学组成和地面上的空气没有明显的差别。
人类气球探险史
蒙戈尔菲耶兄弟和查理等组织的热气球表演轰动了法国，也迅速影响到欧洲、美洲，甚至亚洲。1783年以后的几年里，全欧洲进行了许多次气球飞行，其中有不少次新奇而引人注目。热气球和氢气球载人飞行的成功鼓舞了人们飞上天空的勇气，激发了飞行和探索的兴趣和愿望。人们寻找新的制作方法，改进制作技术，拓展气球的各种应用，不断创造飞行高度和飞行距离的新的世界纪录。200多年来，气球的探险活动一直没有结束。
1785年，有人提出乘坐热气球飞越英吉利海峡的设想，把探险热潮推向了一个高峰。人类第一个乘坐热气球飞行的成功者德罗齐埃，在第一次企图飞跃英吉利海峡时身亡。同一年，法国人布朗夏尔和美国人杰弗里斯获得了成功。
布朗夏尔从小喜欢机械，后来又迷上了“飞行器”的发明制作。气球发明后，布朗夏尔企图用气球改进他自己制作的飞行器，他在气球上安装了扑翼、划桨和螺旋桨企图控制气球的飞行，但是他的努力都没有成功。当时，法国已经有了众多的飞行家，布朗夏尔这位新秀的活动没有得到公众的重视，于是他离开法国来到英国。几次飞行表演后，布朗夏尔一举成名，还结识了富有的美国人杰弗里斯。后由杰弗里斯出资，两人一起从事飞行探险活动。1783年1月7日，他们共同筹备飞越英吉利海峡的飞行。起飞前，布朗夏尔企图阻止杰弗里斯参加飞行，以便独享首次飞行的荣誉。当气球充满氢气，系留绳索松开后，气球不能升空，布朗夏尔请杰弗里斯下去以减少重量。可是，杰弗里斯发现布朗夏尔在外衣内偷偷挂了一块重重的铅块。把铅块扔掉后，气球就载着两个人顺利地起飞了。布朗夏尔在气球上带了许多无用的东西，木舵、划桨、布制的翅膀等等。由于重量过大，气球飞得很低，而且高度还在下降，在杰弗里斯的强烈要求下，布朗夏尔扔掉了他的那些装备。后来，他们不断地将食物、酒、坐椅、靴子、大衣甚至裤子都全部抛入大海。在两个多小时的飞行中，海面的风向变化不定，气球一会儿紧贴着海面，一会儿又被吹得很高。就在快要着陆时，一股强风又把气球吹到了19千米以外的地方。不过，这也帮了两个冒险者的忙，他们有机会借到裤子穿上，从容地去迎接在海峡法国一侧正在等候着他们的成千上万的观众们的祝贺。成功飞越英吉利海峡是气球探险史上的一大壮举，它进一步激发了公众对天空飞行的的兴趣，使更多的人投入研究和探索的行列，也使气球探险活动获得了更多的资助，气球飞行能够更大规模地展开。
布朗夏尔还进行了在美国大陆上的第一次气球载人飞行表演。当他在海边降落时，当地的农民还以为他来自火星，幸好他在飞行前得到了美国总统华盛顿签署的安全护照，才化险为夷。