Ich bin mir nicht sicher, in welcher Klassenstufe Sie arbeiten, also entschuldigen Sie bitte, wenn diese Erklärung zu vereinfacht erscheint:
Heißluftballons nutzen den "Verdrängungseffekt". Wenn Luft erhitzt wird, bewegen sich die Luftmoleküle schneller und breiten sich weiter auseinander – wodurch sie weniger dicht werden. Die Luft an der Außenseite des Ballons behält die gleiche Temperatur und Dichte. Dadurch steigt die eingeschlossene Luft im Ballon an eine Stelle, an der die Luftdichte gleich ist. Aus diesem Grund schwebt ein Ballon auch nicht in den Weltraum hinaus - da die Luft außerhalb des Ballons weniger dicht wird, als die Luft im Inneren des Ballons nicht höher steigt.
Hier ist ein guter Artikel zur Luftdichte:
www.usatoday.com