Появление миражей в атмосфере объясняется преломлением света на границе между разными по плотности и температуре слоями воздуха. 12

Происходит это потому, что тёплый воздух более разреженный, чем холодный, из-за чего свет распространяется в нём быстрее. 2 В физике эту разницу определяет показатель преломления: у тёплого воздуха показатель преломления меньше, а холодного — больше. 2

Например, при нижнем мираже горячий воздух у поверхности земли сталкивается с холодным воздухом выше, происходит преломление световых лучей. 3 Объекты на земле отражаются в атмосфере, создавая иллюзию водоёмов или луж. 3

При верхнем мираже световые лучи, идущие от какого-либо объекта, находящегося на сильно охлаждённой поверхности, изгибаются так, что их траектория обращена выпуклостью вверх. 5 Поэтому наблюдатель может даже видеть объекты, находящиеся за горизонтом, причём он будет видеть их вверху, как бы висящими над линией горизонта. 5