Il principio di funzionamento della mongolfiera moderna è assolutamente identico a quello sperimentato dai fratelli Montgolfieres alla fine del XVIII secolo.
Di base è lo stesso principio che consente alle navi di galleggiare, infatti le differenze sono nei materiali impiegati per la costruzione e nel sistema adottato per riscaldare l'aria. Al posto di un braciere in cui ardono paglia e lana si usano sofisticati bruciatori a propano, risultato di attente e scrupolose ricerche tecnologiche.
Sappiamo per certo quindi che una mongolfiera vola trasportata dal vento e che il pilota non è in grado di stabilire esattamente dove andrà ad atterrare, potendo però controllare con grande precisione la quota di volo. E' molto importante questo aspetto, perché seguendo le correnti alle varie quote può prevedere la rotta entro certi limiti e con molta approssimazione. Nulla può essere stabilito con precisione, a causa delle condizioni atmosferiche che possono cambiare rapidamente.

Le parti che costituiscono una monglfiera sono essenzialmente tre: involucro, bruciatore e navicella. Scopriamole nel dettaglio!

L'involucro (più comunemente chiamato pallone) deve contenere l'aria riscaldata dal bruciatore ed ha una struttura formata da pannelli di nylon cuciti su nastri verticali e orizzontali. Alla sommità del pallone i nastri verticali sono riuniti in un "anello di coronamento", mentre alla base hanno un prolungamento composto da cavi d'acciao, fissati a loro volta al "quadro di carico" su cui è montato il bruciatore.
La parte più alta dell'involucro è aperta ma può essere chiaramente chiusa dall'interno per mezzo di un pannello circolare. Grazie alla pressione esercitata dall'aria calda, il pannello viene tenuto in posizione impedendo così la fuoriuscita dell'aria calda, pur rimanendone possibile l'apertura da parte del pilota, per accelerare la discesa in volo o per facilitare lo sgonfiaggio del pallone dopo l'atterraggio. Proprio per la sua forma viene definito "valvola a paracadute".

Il bruciatore ha invece la funzione di riscaldare l'aria all'interno dell'involucro. Il bruciatore è solitamente doppio, rimane fissato al "quadro di carico" tramite un giunto cardanico che consente di dirigere la fiamma con precisione all'interno dell'involucro ed è alimentato da gas propano liquido contenuto in appositi serbatoi di acciaio o alluminio alloggiate all'interno della cesta. Aprendo i rubinetti dei serbatoi, il propano raggiunge una serpentina tramite cui torna allo stato gassoso grazie al calore, si mescola all'aria e viene incendiato di volta in volta da una fiamma pilota alimentata dalle stesse bombole. La mandata del gas al bruciatore viene regolata dal pilota mediante apposite valvole a manetta, consentendogli accensioni anche brevi per effettuare risalite di quota. 

La navicella è agganciata all'involucro e vi rimane appesa durante la fase di volo. Il materiale con cui generalmente viene realizzata è il vimini intrecciato (ecco perché viene chiamata cesta) e pur suscitando meraviglia fra i non addetti, questo materiale offre a tutt'oggi il miglior compromesso tra robustezza, leggerezza, elasticità e costo, senza tralasciare il fascino dell'estetica e del materiale naturale. La struttura portante è di tubi metallici ed il fondo è rinforzato da longheroni di legno. Agli angoli della cesta sono alloggiati i serbatoi del gas, mentre lungo i lati trovano posto gli strumenti di navigazione e le altre dotazioni di bordo. 

La strumentazione di bordo fondamentale per una mongolfiera è l'altimetro, in grado di misurare ed indicare la quota di volo del pallone. L'apparecchio rileva la variazione della pressione atmosferica rispetto all'altezza sul livello del mare ed è necessario tarare lo strumento con una certa frequenza. Altro strumento necessario è il variometro, che si riferisce alla velocità verticale del pallone, cioè la velocità di salita e di discesa. Non può mancare ovviamente anche il Gps, molto utile in tutte le situazioni in cui il pilota ha assoluto bisogno di sapere con sicurezza dove si trova, a quale quota si trova e a quale velocità sta volando. Per poter comunicare, ci sono due radioricetrasmittenti: la radio aeronautica per mantenersi in collegamento costante con le autorità e la radio per contattare il proprio equipaggio di terra e con le altre mongolfiere. Da ultimo, trova posto a bordo la sonda termica, anch'essa molto importante perché permette di tenere sotto controllo la temperatura in volo evitando di superare i limiti stabiliti dal costruttore.