บอลลูนประกอบด้วยภาชนะบรรจุก๊าซรูปทรงกลมทำด้วยวัสดุเบาเป็นพิเศษ มีที่บรรทุกคนหรือสิ่งของแขวนห้อยอยู่ข้างใต้ ซึ่งโดยมากมักทำเป็นรูปคล้ายตะกร้า เมื่อลอยสูงขึ้นไปแล้วจะล่องลอยไปตามกระแสลมแต่บังคับทิศทางไม่ได้ ถ้าเป็นบอลลูนล่าม ภาชนะบรรจุก๊าซมักทำเป็นรูปเพรียวลม คล้ายบุหรี่ซิการ์เพื่อต้องการให้มีการทรงตัวดี และลอยหันหัวทวนลมเสมอ
มีการประดิษฐ์เรือเหาะขึ้นต่อจากบอลลูน เมื่อความเจริญของเครื่องยนต์สันดาปภายในได้ก้าวไปถึงขนาดที่พอจะใช้ในการขับเคลื่อนอากาศยานได้แล้ว เรือเหาะมีรูปร่างคล้ายซิการ์ มีโครงทำด้วยโลหะ น้ำหนักเบาเป็นพิเศษ หุ้มผ้าตลอดทั้งตัว ทำหน้าที่เป็นภาชนะบรรจุก๊าซ มีเครื่องยนต์ขับเคลื่อนและมีหางเสือสามารถบังคับทิศทางตามต้องการได้ มีห้องบรรทุกผู้โดยสารติดอยู่ด้านใต้ท้อง ในระยะแรกการสร้างเรือเหาะใช้โครงแบบอ่อนและแบบกึ่งเกร็ง ต่อมา เคานต์ เซปเปลินแห่งเยอรมนีได้สร้างแบบโครงเกร็งขึ้น มีความยาวถึง ๒๔๔ เมตร และมีปริมาตรบรรจุก๊าซได้ถึง๑๙๘,๒๔๐ ลูกบาศก์เมตร ซึ่งนับได้ว่าเป็นเรือเหาะใหญ่ที่สุดในโลก
ก๊าซที่ใช้บรรจุในบอลลูนและเรือเหาะส่วนมาก คือ ไฮโดรเจน ซึ่งหนักประมาณ ๐.๐๘๙๘๗กิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตร แต่มีข้อเสีย คือ เป็นวัตถุไวไฟมาก ทำให้เกิดไฟไหม้ง่าย ต่อมาจึงได้เปลี่ยนเป็นก๊าซฮีเลียมซึ่งไม่ติดไฟ แต่หนักเป็น ๒ เท่าของไฮโดรเจน คือ ๐.๑๗๙๗ กิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตร
การลอยตัวของบอลลูนและเรือเหาะเกิดขึ้นได้เพราะอากาศโดยรอบพยายามผลักดันให้ลอยสูงขึ้น ตามกฎของอาร์คีมีดีสที่ว่า "เทหวัตถุใดก็ตามที่แทรกตัวอยู่ในของเหลวย่อมจะถูกของเหลวซึ่งมีปริมาตรเท่ากับเทหวัตถุนั้นยกหรือดันขึ้น "อากาศก็กระทำตัวแบบของเหลวเหมือนกัน บอลลูนหรือเรือเหาะจึงถูกอากาศดันขึ้นสู่เบื้องสูงด้วยแรง เท่ากับน้ำหนักของอากาศซึ่งมีปริมาตรเท่า บอลลูนหรือเรือเหาะนั้น ถ้าแรงดันของอากาศเท่ากับน้ำหนักบอลลูนหรือเรือเหาะ ก็จะลอยอยู่ในอากาศได้ ถ้าแรงดันของอากาศมากกว่า บอลลูนหรือเรือเหาะก็จะลอยขึ้นสู่เบื้องบน และตรงกันข้าม ถ้าแรงดันของอากาศน้อยกว่า บอลลูนหรือเรือเหาะก็จะตกลงสู่พื้นดิน
เนื่องจากอากาศหนัก ๑.๒๗๗ กิโลกรัมต่อปริมาตรหนึ่งลูกบาศก์เมตร ของที่มีปริมาตรหนึ่งลูกบาศก์เมตร ต้องมีน้ำหนักไม่เกิน ๑.๒๗๗ กิโลกรัม จึงจะลอยอยู่ในอากาศได้ เหตุนี้จึงต้องสร้างบอลลูนหรือเรือเหาะซึ่งมีขนาดใหญ่ให้มีน้ำหนักน้อยที่สุด จึงต้องใช้วัสดุมีน้ำหนักน้อยที่สุดโดยมีความแข็งแรงอันเหมาะสม ซึ่งไม่มีวัสดุใดที่มีปริมาตรหนึ่งลูกบาศก์เมตรและหนักไม่เกิน ๑,๒๗๗กิโลกรัม จะสนองความต้องการนี้ได้ จึงจำเป็นต้องบรรจุก๊าซเบาที่สุดไว้ภายใน ตามทฤษฎีแล้วในภาชนะบรรจุก๊าซควรเป็นสุญญากาศ แต่ทางปฏิบัติทำไม่ได้ เพราะถ้าภายในเป็นสุญญากาศแล้วจะต้องสร้างโครงเรือเหาะหรือโครงเปลือบอลลูนให้แข็งแรงสามารถทนความดันของบรรยากาศที่กระทำต่อพื้นผิวภายนอกถึง ๑.๐๒๙ กิโลกรัมต่อตารางเซนติเมตรได้ ซึ่งแน่นอนว่าจะต้องหนักเกิน๑.๒๗๗ กิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตร ฉะนั้นจึงจำเป็นต้องบรรจุก๊าซเบากว่าอากาศเข้าไปช่วยให้เกิดแรงดันที่ผิวภายในให้เท่ากับความกดของอากาศภายนอก ทำให้ไม่จำเป็นต้องมีผิวภาชนะบรรจุก๊าซที่แข็งแรงมาก จึงสามารถสร้างให้เบาได้
การบังคับให้ลอยสูงขึ้นและต่ำลงของบอลลูนและเรือเหาะ เป็นปัญหายุ่งยากมาก ต้องมีถุงอับเฉาขึ้นไปด้วย เมื่อต้องการลอยสูงขึ้นกว่าระดับเดิมก็ต้องทิ้งอับเฉาลงเพื่อลดน้ำหนัก และเมื่อต้องการลงต่ำก็ระบายก๊าซที่บรรจุไว้ออกทิ้งให้อากาศภายนอกเข้าไปแทนที่ ทั้งอับเฉาและก๊าซที่บรรจุไว้ต่างก็มีจำนวนจำกัด เมื่อทิ้งอับเฉาหมดแล้วก็จะลดน้ำหนักต่อไปอีกไม่ได้ และก๊าซที่บรรจุไว้เมื่อระบายออกก็ย่อมจะเหลือน้อยลงทุกที จะเพิ่มเติมได้ก็ต่อเมื่อลงมาถึงพื้นดินอีกครั้งหนึ่งเท่านั้น สรุปแล้วความสะดวกในทางปฏิบัติมีน้อยมาก
อีกปัญหาหนึ่งคือ ความกดของบรรยากาศซึ่งลดน้อยลงเป็นปฏิภาคกลับกับระยะสูงที่เพิ่มขึ้น ทำให้เป็นการยากที่จะรักษาความดันภายในภาชนะบรรจุก๊าซให้เท่ากับความกดของบรรยากาศภายนอกอยู่ได้ ตลอดเวลาที่ระยะสูงเปลี่ยนแปลงไป นอกจากจะต้องทำให้ภาชนะบรรจุก๊าซเปลี่ยนแปลงปริมาตรได้ ซึ่งเป็นเรื่องยุ่งยาก ในการออกแบบสร้าง สำหรับบอลลูนอาจทำได้โดยบรรจุก๊าซขณะที่ยังอยู่บนพื้นดินให้มีความกดดันพอสมควร และภาชนะบรรจุก๊าซยังไม่พองตัวเต็มที่ เมื่อขึ้นไปสูงๆ ความกดดันของบรรยากาศลดลง ความกดดันของก๊าซภายในจะดันภาชนะบรรจุก๊าซให้พองออกจนเต็มขนาด ถ้าบรรจุก๊าซไว้เต็มที่ขณะอยู่บนพื้นดิน เมื่อลอยสูงขึ้นไปจะดันภาชนะบรรจุก๊าซให้พองตัวจนกระทั่งระเบิดแตกออกในที่สุด เรือเหาะก็อาจแก้ไขด้วยวิธีเดียวกับบอลลูนได้ แต่มีความยุ่งยากในการออกแบบสร้างมากกว่าหลายเท่า
จากปัญหาต่างๆ ที่กล่าวแล้ว รวมทั้งความไม่สะดวกอื่นๆ เช่น ต้องมีขนาดใหญ่โต การเคลื่อนไหวอุ้ยอ้าย ชักช้า การจอดก็ลำบาก ความปลอดภัยก็มีน้อยเพราะเกิดไฟไหม้บ่อยๆ ในบอลลูนหรือเรือเหาะที่จำเป็นต้องใช้ไฮโดรเจน เพราะไม่อาจจะหาฮีเลียมมาบรรจุได้ ประกอบกับการค้นคว้าทางอากาศยานหนักกว่าอากาศเริ่มจะก้าวหน้าไปในทิศทางที่ถูกต้องและได้ผลดียิ่งขึ้นไปเรื่อยๆมนุษย์จึงหันมาเพ่งเล็งการบินด้วยอากาศยานหนักกว่าอากาศแทน ความเจริญของอากาศยานเบากว่าอากาศจึงก้าวหน้าไปแค่เรือเหาะเท่านั้น
