Pour aller voir de près ce qui se passe dans la haute atmosphère - entre 20 et 45 km -, rien ne vaut un ballon. Peu onéreux (le budget ballons annuel du Cnes est de 20 millions de francs), capables d'aller plus haut que les avions, ils peuvent emporter des expériences de chimie atmosphérique et valider des observations de satellites par des mesures indépendantes. Ils peuvent également embarquer des télescopes qui s'affranchissent ainsi de l'essentiel de la perturbation atmosphérique. Depuis 1962, le Cnes a lancé plus de 3 000 ballons - seule la Nasa les utilise avec autant d'ampleur -, de trois sortes. En France, en fonction de la direction des vents stratosphériques, les ballons sont lancés d'Aire-sur-l'Adour, vers l'est, ou de Gap (en juin), vers l'ouest.

Les ballons stratosphériques ouverts. Leur volume va de 10 000 à plus de 1 million de m3 d'hélium (l'hydrogène a été abandonné). Ils peuvent emporter jusqu'à 2 tonnes pour des vols de plusieurs heures jusqu'à 45 km d'altitude. Le plus grand utilise 72 000 m2 de polyéthylène épais de 0,015 mm, la surface de 14 terrains de foot. Lorsque la trajectoire le permet, les nacelles techniques et scientifiques sont récupérées.

Les ballons pressurisés. Plus petits, jusqu'à 500 m3, ils peuvent emporter des expérience légères (quelques kilos) jusqu'à 20 km, mais pour des durées très longues, allant jusqu'à plusieurs mois. Ils sont lâchés par flottille de dizaines de ballons lors des campagnes scientifiques.

Les montgolfières infrarouges.