美国宇航局高空气球工作组多年以来使用了多种类型的高空气球将科学探测有效载荷携带至高空。高美国宇航局高空气球工作组支撑了支持许多空间和地球科学研究任务，不同类型的科学气球适用于不同类型的有效载荷。目前最常用的科学气球是零压气球和超压气球两种。虽然两种气球有时候可以互换，但是零压气球通常用于短程飞行，而超压气球则用于长时间飞行。零压气球的设计结构不允许进行长时间飞行，除非是在极地地区的夏季。不同体积大小的气球运载能力也是不同的。其最大运载量可以搭载重达3600公斤，大约是三辆小型车的重量！
零压气球
这类气球的底部是敞开的，并且在气球侧面有允许气体膨胀逸出的排气管，这些排气管的作用是当气球升高到地球大气表面时，外接气压降低，气囊内的气体膨胀，防止气体膨胀压力升高，使气球撕裂。由于提供升力的气体损失，这类气球持续飞行的时间是有限的。气体的损失主要是由于昼夜的交替。
超亚气球（ULDB – 南瓜状）
这种高空气球是完全密闭的，没有出气通道。当气体膨胀时，气体因无法排出气囊，而使得气囊与外界压差，持续增大。正因为如此，该类气球的气体损失很小，由此超压气球可以比零压气球进行更长时间的飞行。由于其外形酷似南瓜，超压气球又被称作南瓜气球。
超高压气球与零压力气球的飞行示意图
这两种气球都是由聚乙烯塑料薄膜制成的。其厚度大约相当于面包包装袋的三倍。
美国宇航局科学气球最常见的尺寸是4000万立方英尺（113.2672立方米），或相当于超过195个固特异飞艇的体积（固特异飞艇的尺寸为202,700英尺）。 完全充气后，足球场可以放入气球内。技术人员使用氦气给气球充气。气球在大约120,000英尺（36576米）的高度漂浮，是商用飞机飞行高度的两倍多。
美国宇航局科学气球的放飞也需要满足一些飞行条件。主要包括以下几点：
（a）出于长期飞行的安全考虑，需要避免进入人口密集区；
（b）需要避免因地缘政治原因而受到限制的地区;
（c）因试验需要，希望飞越特定区域；
（d）希望在特定区域降落，以方便载荷回收；
（e）期望应用于更多科学试验，特别是地球物理方面。
美国宇航局科学气球图表
执行火星观测任务的空间气球
空间气球
该项气球计划是于美国宇航局其他中心以及相关企业合作，探索在其他行星或天体上进行科学气球发放的可能性。目前美国宇航局关注的重点是火星、金星以及土卫六。气球将能够在不同高度进行现场测量，这些观测任务目前在卫星或探索者等其他平台上是不可行的。
