Le ballon à gaz (ou aussi charlière) est un objet volant, c'est-à-dire un aéronef, plus "léger que l'air", synonyme d'aérostat.
Le ballon vole grâce à la poussée d'Archimède.
Contrairement à la montgolfière, dont l'enveloppe est gonflée d'air chaud, le ballon à gaz contient un gaz moins dense que l'air à température identique, en général du dihydrogène, du gaz d'éclairage ou de l'hélium.
Un ballon à gaz ne peut être contrôlé que dans la direction verticale, et dans une certaine mesure horizontalement par le biais des courants aériens différents selon l'altitude.
C'est la même année que les frères Montgolfier, mais après quelques jours après eux, que le physicien Jacques Charles fait voler un ballon gonflé au dihydrogène.
Contrairement à l'invention des frères Montgolfier, très empirique, le ballon de Charles était un outil scientifique qui ne devait rien au hasard.
Le 1er décembre 1783, il vola au-dessus des jardins des Tuileries à Paris avec un des deux frères Robert qui l'avaient aidé à fabriquer le ballon. Ils atterrirent à Nesles-la-Vallée. Dès le premier vol, le ballon à gaz de Jacques Charles dispose de tous les instruments utilisés jusqu'à nos jours sur ce type de machine (enveloppe vernie, filet, panier en osier, soupape, lest et ancre). Les amélioration qui lui seront apportées par la suite seront mineures : guiderope (inventé par l'anglais Green), panneau de déchirure.
Il emmena également différents instruments scientifiques.
Le 7 janvier 1785, Jean-Pierre Blanchard et son ami et mécène américain John Jeffries traversent la Manche de Douvres à Guînes en 2 heures 25 minutes, à bord d’un ballon gonflé au dihydrogène. Cet exploit eut un retentissement dans toute l’Europe et Blanchard se rendit dans de nombreux pays, jusqu'aux États-Unis, pour effectuer des démonstrations de vol en ballon.
En 1804, Louis_Joseph_Gay-Lussac atteint 7 016 m.
En 1867, Henri Giffard fait voler un ballon captif de 5 000 m3 dans le cadre de l'exposition universelle, ballon qui terminera tristement sa carrière dans les lignes prussiennes en 1870. Il récidivera en 1878 avec un géant de 25 000 m3.
Pendant le siège de Paris par l'armée prussienne en 1870/71, des ballons à gaz, appelés à l'époque ballon monté car emportant des passagers, ont assuré les communications dans le sens de Paris vers la province avec parfois quelques passagers souhaitant fuir Paris (un de ces passagers fut Léon Gambetta). Dans le sens province vers Paris, il était impossible de faire le trajet en ballon (trop d'incertitude à cause de la non dirigeabilité des ballons), malgré les tentatives des frères Tissandier.
En 1875, le Zenith volera 23h heures 40, avant de tuer deux de ses pilotes lors d'un deuxième vol à 8 600 m.
En 1897, l'Expédition polaire de S. A. Andrée tente de survoler le Pôle Nord et se termine en fiasco.
En 1900, des épreuves d'aérostation sont organisées dans le cadre de l'exposition universelle de 1900 de Paris, également connues sous le nom de Jeux olympiques d'été de 1900.
Les ballons à gaz ont été utilisés pour explorer la stratosphère avant que des avions expérimentaux ne puissent atteindre ces altitudes.