一般来说，气球的最大升空高度，由球皮的材质、弹性以及厚度等决定。普通气球通常采用乳胶材料制成，多用于庆典活动。随着飞行高度增加，乳胶气球不断鼓胀，球皮不断变薄，往往上升到2000米高空附近就会爆炸。同时，乳胶气球在高空受到强烈的紫外辐射和臭氧腐蚀而产生“内伤”，球皮会快速老化。因此，乳胶气球相对“柔弱”，它的飞行高度、飞行时长、搭载重量十分有限。
为了开展高空科学试验，科研人员从20世纪60年代起相继开始大规模研发高空气球。它采用高分子聚乙烯材料，通过材料性能改进，保证气球在-70℃低温、强臭氧、强紫外射线等极端环境下可以长时间稳定工作。
最初的高空气球也叫零压气球，它在球体底部用管道与外界大气连通，使得气球内外气压相等，压力差为零，这样保证气球不会因为球内压力过大而炸裂。零压气球的体积巨大，甚至可超过一个小型体育馆，能吊起与一辆小汽车重量相当的载荷。它的飞行高度可达30~40公里，可以持续飞行数周，被科研人员广泛用于执行宇宙线观测、光谱分析和航天试验等任务。
当然，零压气球也存在一定的局限性。由于球内外连通，内部气体会不断流出，气球难以长时间保持设计的飞行高度。