地球大気の吸収により地上の望遠鏡や施設では不可能または困難な赤外線や紫外線、X線、宇宙線などを気球に搭載した望遠鏡などで観測する手法。ヘリウムガスを用いる大型の気球で30km以上の高度に到達でき、高度10km程度の飛行機搭載望遠鏡では行えない観測も可能となる。観測ロケットや天文衛星（スペース望遠鏡）に比べるとわずかに大気の影響は残るが、大型（重量1トン程度）の望遠鏡や観測装置をスペース望遠鏡に比べると低額の予算で短期間に開発し、打ち上げできるのが大きな利点である。カイパー飛行機搭載天文台、成層圏赤外線天文台も参照。