Beaucoup d'hypothèses sont émises quand à l'inventeur du premier système permettant de faire voler un aérostat. Au 13 ème siècle, Roger Bacon, un moine savant anglais donnait une définition d'un aérostat : « Une telle machine doit être un grand globe creux en cuivre ou tout autre métal approprié pour être battu extrêmement fin et être aussi léger que possible. Il doit être rempli d'un air éthéré ou de feu liquide et lâché d'un endroit élevé dans l'atmosphère où il flottera comme un vaisseau sur l'eau. »

Trop d'expériences passées ont montré que les ailes battantes n'étaient pas la solution pour s'élever dans l'air. A cette époque, l'idée du ballon plus léger que l'air était à la mode, et beaucoup de systèmes furent proposés par les savants de l'époque, comme remplir le ballon d'air des couches supérieures car celui-ci est moins dense que l'air des basses couches, le remplir de feu élémentaire, de vapeur d'eau.

Vers 1650, la pompe a vide fut inventée, on imagina alors de vider une sphère de son air afin de la rendre plus légère que l'air. Malheureusement, les savants s'embarquaient dans un cercle vicieux, car l'enveloppe contenant le vide devait être assez légère pour pouvoir s'élever, mais également assez solide pour résister à la pression qui s'exerçait sur elle. Or un tel matériau n'existait, et n'existe toujours pas.

Tous les historiens se sont mis d'accord pour dire que les frères Montgolfier sont les inventeurs du premier vrai aérostat capable de s'élever dans l'air et de transporter des passagers. La montgolfière est née en 1783, elle s'élevait grâce à de l'air chaud, dégagé par un feu de paille sous l'enveloppe de la montgolfière.

Très vite, l'air chaud fut remplacé par l'hydrogène, bien plus léger que ce dernier, et qui ne demandait pas d'entretenir un feu, l'hydrogène est donc par conséquent, beaucoup moins dangereux que l'air chaud, et demande une enveloppe moins grande. Le premier « voyage » a bord d'un ballon se fit le 21 novembre 1783, 2 mois après l'invention de l'aérostat des frères Montgolfier, par François Pilâtre de Rozier et le marquis d'Arlandes, qui volèrent d'ouest en est, au sud de Paris. Ce ballon volait à l'air chaud, mais 1 mois plus tard, le physicien Charles et un fabriquant de toile nommé Robert volèrent pendant 2 heures à partir du jardin des Tuileries à bord d'un ballon à hydrogène de leur fabrication.

On se rendit vite compte que, pour faire des vols de longue durée, il fallait pouvoir diriger l'aérostat. Le ballon à hydrogène n'était alors plus la solution, car il était la proie des vents.

Les débuts des dirigeables furent marqué par plus de dessins que d'inventions concrètes, mais l'idée de placer des hélices sur les ballons fut vite adoptée, et c'est en 1837 que le premier dirigeable fut construit par le britannique Sir George Cayley. Ce dernier était mû par des moteurs à vapeur, et comportait un gouvernail de direction. L'invention fut vite reprise, en 1850 plus précisément par le français Pierre Julien. En 1852, Henri Giffard vola de Paris à Trappes dans son dirigeable, qui manquait de puissance pour manœuvrer, et qui n'était donc que partiellement dirigeable. C'est bien le manque de puissance des moteurs de l'époque qui freina l'ardeur des inventeurs pour créer de nouvelles machines, du moins jusque à la fin du 19 ème siècle. Cependant, d'autres machines furent construite, avec pour record de vitesse : 16 km/h.

Le premier grand dirigeable, conçu par Charles Renard en 1884, et baptisé « Le France » était capable de se mouvoir dans les trois dimensions a une vitesse de 20 km/h. Il était propulsé par un moteur électrique qui actionnait une hélice placée à l'avant de la nacelle.

Les rapides progrès et la découverte des moteurs à explosion rendit possible le développement d'un tout autre type de machine volante qui sera baptisé plus tard : « avion ».