Научное объяснение феномена фата-моргана заключается в рефракции света. 3 Этим термином обозначают искривление световых лучей при прохождении ими атмосферы, что обусловлено её неоднородностью. 3

Фата-моргана возникает, когда в нижних слоях атмосферы образуется несколько чередующихся слоёв воздуха различной плотности (обычно вследствие разницы температур). 2 У тёплого воздуха показатель преломления света меньше, у холодного — больше. 3 В таком атмосферном «пироге» образуется преломляющая линза, которая создаёт серию проекций для фантастического зрелища. 3

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, что и создаёт причудливую картину фата-морганы. 2