人类受地球重力的约束，只能在地表活动。人们是多么羡慕鸟类的自由。古代人认为人之所以不能飞起来，是因为没有翅膀，因此，只要造出一对合适的翅膀来，大概就可以像鸟一样飞。据说，在中国汉代曾有人用鸟的羽毛制成翅膀，绑在身上，然后从高台上跳下，滑翔飞行了几百步。在近代欧洲，更是有许多将翅膀绑在身上做飞行试验的记载。这些人类飞行事业的先驱，不是摔死，就是残废，留下了一串飞行失败的记录。
实际上，由于天赋的身体素质方面的限制，人只靠自身的生理力量是飞不起来的。人的手臂产生的力量与其体重之比太小，即使有翅膀也飞不起来。17世纪意大利学者波雷利通过对鸟类的解剖研究表明，“人依靠自己的力量进行扑翼飞行是不可能的”。英国物理学家胡克也指出，利用人现有的肌肉无法飞起来，因为人的肌肉占体重的比例太小。人要想飞起来，胸部必须得有2米宽的丰满肌肉才行。
人类最早自由升空靠的是热气球。热气球升空的原理即阿基米德的浮力原理：热空气比空气轻，因而上浮。中国汉朝的《淮南子》一书中有热空气升空的实验叙述：“取鸡子，去其汁，烧艾火纳空卵中，疾风因举之飞。”五代时期，曾有人发明松脂灯，利用松脂蜡烛将纸灯内的空气加热，使纸灯升空，作为军事信号。
1782年11月，法国造纸商的儿子蒙哥菲尔兄弟受烟火上升的启发，设计了一个热气球。起初，他们用一个大纸口袋口朝下放在炉子上，使热空气和烟充入其中，很快，纸口袋就能够上升。接着，他们又用丝织的布袋子做实验，布气球上升了20多米。1783年6月5日，蒙哥菲尔兄弟造出了一个直径11米的大热气球，当众表演升空试验。实验非常成功，大热气球上升了数百米，飞行了10分钟，最后降落在1.5公里远的地方。这次实验在法国引起了轰动，公众非常渴望看到热气球载人升空。当年9月19日，蒙哥菲尔兄弟又完成了一次热气球升空试验。这一次气球上载了一只公鸡、一只鸭子和一只绵羊，8分钟后落在3公里外的农田里。1783年11月21日，法国青年科学家罗泽尔和达尔朗德完成了首次人类升空试验。他们乘坐热气球升到了26米的高空。
热气球在高空中如不继续加热，会冷却下来，从而最终自动降落到地面。就在蒙哥菲尔兄弟成功完成首次热气球升空试验的同时，法国物理学家查理决定把氢气引入气球中。查理是氢气研究方面的专家，他知道氢气比空气轻得多，用它作为填充气体，升空效果应该比热空气更好。1783年8月27日，查理制作了一只直径只有3.7米的氢气球。被放上天空之后，它在空中飘荡了近一小时。它的体积较小，但升得高，空中停留时间长。在蒙哥菲尔兄弟的热气球把人送上天空之后仅仅10天，查理就和他的助手坐着自制的氢气球在巴黎上空航行了两个多小时。
巴黎上空的载人气球飞行，在法国引起了巨大的震动。法国人处在一种对升空气球的狂热之中。载人气球的成功也激发了欧洲飞行爱好者的热情，使气球飞行活动在18世纪末一时掀起高潮。1785年，英国人和法国人联合飞越了多佛尔海峡。1794年，法国将军开始使用气球对敌人阵地进行侦察。到了19世纪，气球被直接用于战争。它不仅可以用于临空侦察，还可以实施挂炸弹空袭。气球在战争中发挥出的巨大威力给人留下深刻印象。军事家们开始意识到，立体作战的时代就要到来了，制空权变得越来越重要。
气球不仅被用于军事目的，对大气科学探索也起到了至关重要的作用。随着气球升空高度的增加，人们认识到高空缺氧，载人气球需要携带氧气瓶。此外，高空大气压很低，人类生理上无法承受。1927年，美国陆军上尉格瑞到达了最大高度12954米，当他在下一次试图打破这一高度时不幸遇难。这一高度再也没有被乘坐敞开式吊舱的人打破。人们意识到，为了进一步升高需要采用封闭式的座舱。乘坐封闭式座舱，可以升到3万多米的高度。采用无人操控的气象气球，气象学家们发现了同温层。
气球只能简单地上升，而且其飞行状态无法控制，基本上是随风飘荡。气球发明之后，就有许多人在思考如何使气球变得可操控。发明家们对气球进行了一系列的改进：把它的形状做成椭圆形，以减少空气阻力；添加螺旋桨空气推进系统；添加方向操控器。于是，气球就变成了飞艇。
飞艇一开始用人力做推进系统，结果发现这点力量完全不够用。内燃机发明之后被用于飞艇，很好地解决了动力问题。飞艇可以装载更多的人和物，进行有目的的飞行，是一种有效的空中运载工具。19世纪末20世纪初，飞艇已经发展得相当顺利。1909年，德国人齐伯林创办了世界上第一家民用航空公司，将飞艇用于客运。据说，第一次世界大战之前，该公司运送了上万人次，居然未发生一次事故。后来，齐伯林的飞艇在第一次世界大战时派上了很大用场。那时的飞艇技术也有了极大的提高，飞行高度和载重能力连当时新出现的飞机都无法相比。
飞艇越做越大，但20世纪30年代是飞艇的不祥年代。从那时起，飞艇起火爆炸的事故不断发生，其固有的缺陷开始暴露。世界各国不再发展飞艇事业，转而大规模发展飞机制造业。
