孔明灯的原理与热气球的原理相同，皆是利用热空气之浮力使球体升空。

可用阿基米德原理来解释：当物体与空气同体积，而重量比空气小时就可飞起，此与水之浮力的道理是相同的。将球内之空气加热，球内之一部份空气会因空气受热膨胀而从球体流出，使内部空气密度比外部空气小，因此充满热空气之球体就会飞起来。