Эффект миражей в атмосфере Земли наблюдается из-за разницы температур слоёв воздуха и преломления лучей солнца. 2

Нижние миражи возникают там, где поверхность земли сильно перегрета, например, в пустыне или над асфальтированной трассой. 2 Нижние слои атмосферного воздуха также нагреваются от этой раскалённой поверхности, и возникает резкий перепад температур между нижними слоями воздуха и верхними. 2 В результате этого возникает преломление потоков света: луч отклоняется от горячего слоя к более холодному верхнему слою, а затем обратно от следующего слоя вниз. 2 В результате этих преломлений мы видим отражение участков неба в атмосфере на фоне земли, которые принимают вид небольших озёр или луж на поверхности асфальта. 2

Верхние миражи возникают, когда в некотором воздушном слое над поверхностью земли есть сильная температурная инверсия (увеличение температуры с высотой). 3 Когда это происходит, лучи преломляются как раз в этом нагретом слое, и мираж, который мы видим, словно парит над землёй. 3

Фата-моргана — это сложный мираж, который возникает в результате многократного отражения лучей от слоёв воздуха с разной температурой. 2 Часто фата-моргану можно увидеть над поверхностью воды, а наблюдатель при этом видит объекты, которые скрыты от него за горизонтом. 2