Миражи возникают из-за непрямолинейного распространения света в оптически неоднородной среде. 8 Воздух земной атмосферы является такой средой: плотность его возрастает у земной поверхности. 8

Причина возникновения миражей — искривление лучей света, идущих от предмета и попадающих в глаз человека. 5 Это происходит из-за того, что слой воздуха вблизи раскалённой земной поверхности нагрет больше, чем вышележащие слои. 2 Он имеет иные оптические свойства, и его действие оказывается подобным зеркалу. 2

Связь с законом прямолинейного распространения света заключается в том, что при нарушении однородности среды нарушается и закон прямолинейного распространения света. 24

Например, когда воздух у поверхности земли перегрет, а вверху прохладен — появляются миражи выше или ниже горизонта. 7 Примеры нижних миражей можно наблюдать даже в средней полосе: летом на горячем асфальте видны «лужи» — это лучи неба, искажённые в неоднородной воздушной среде. 7