Оптические искажения в атмосфере Земли возникают из-за взаимодействия света с частицами воздуха, каплями воды и пылью. 2

Земная атмосфера представляет собой своеобразную оптическую систему с постоянно меняющимися параметрами. 1 Оказываясь на пути лучей света, она отражает часть света, рассеивает его, пропускает сквозь всю толщу атмосферы, обеспечивая освещённость земной поверхности, а в определённых условиях разлагает его на составляющие и искривляет ход лучей, вызывая различные атмосферные явления. 1

Например, гало объясняется рассеиванием света на кристалликах льда и других частицах в атмосфере. 3 Миражи возникают из-за того, что лучи света изгибаются из-за колебаний температуры воздуха и тем самым перемещают изображение объекта. 3 Фата-моргана появляется, когда в нижних слоях атмосферы образуется несколько чередующихся слоёв воздуха различной плотности, способных давать зеркальные отражения. 1 В результате отражения и преломления лучей реально существующие объекты дают на горизонте или над ним по нескольку искажённых изображений, частично накладывающихся друг на друга и быстро меняющихся во времени. 1