Эффект фата-морганы возникает из-за искривления световых лучей в атмосфере под влиянием температурной инверсии. 2 Это происходит, когда тёплый воздух оказывается над холодным. 2 В нормальных условиях температура воздуха снижается с высотой, но при инверсии порядок слоёв меняется. 2

Некоторые причины появления фата-морганы:

• Неоднородность атмосферы. 3 Чередование нескольких слоёв воздуха с различной температурой и плотностью — необходимое условие для появления фата-морганы. 3
• Преломление света. 13 У тёплого воздуха показатель преломления света меньше, у холодного — больше. 3 В таком атмосферном «пироге» образуется преломляющая линза, которая создаёт серию проекций. 3
• Действие капелек разреженной воды. 5 Они присутствуют в воздухе и действуют как увеличительное стекло, отражая то, что расположено прямо по горизонту, причём в перевёрнутом виде. 5

Чаще всего фата-моргану наблюдают в утренние часы после холодной ночи, в пустынях, степях, на море и горных склонах, преимущественно в особенно жаркие дни. 2 Иногда явление возникает в полярных регионах, где сосредоточено много ледяных покровов с равномерной низкой температурой. 25