Están compuestos por una bolsa, denominada vela, que contiene una masa de gas o aire caliente más ligera que el aire exterior.
En la parte inferior de la bolsa se puede unir una estructura sólida denominada barquilla o se le puede atar cualquier tipo de cuerpo, como por ejemplo un sensor.
Los aerostatos no dirigibles se dejan llevar por las corrientes del aire, aunque algunos pueden controlar su elevación.
Este principio era probablemente conocido por los chinos (presuntos inventores del papel): supuestamente habrían llevado a cabo vuelos de pequeños globos de papel inflados con aire caliente.
Muchos precursores (entre ellos Bartolomeu de Gusmão) han ilustrado este principio.