海市蜃樓，又叫蜃景，是一種因為光的折射和全反射而形成的自然現象，是地球上物體反射的光經大氣折射而形成的虛像。簡單來說，海市蜃樓就是一種光學現象，是對另外空間的真實體現。當光在密度均勻的介質內行進時，它會以直線方向前進，速度、方向不變。可是當光線斜射進入到另一種介質時，它的傳播方向就會發生變化，從而使光線在不同介質的交界處發生偏折，呈現在另一個空間上。就這樣，海市蜃樓就產生了。

主要是光在空氣中的折射。蜃景，分為上蜃景和下蜃景。冷空氣的密度比暖空氣大，因此有較大的折射率。當光線由冷空氣進入有著明確邊界的暖空氣，光線會彎曲偏離溫度梯度的方向；當光線由暖空氣進入冷空氣，它們會偏向接近梯度的方向。如果接近地面的空氣比更上面的溫暖，光線會彎曲成朝上呈現凹線的軌跡。

一旦光線抵達觀測者的眼睛，視覺皮層將解釋成它是沿著“視線”筆直的前進，然而這條線只是它抵達人眼處弧線的切線方向。結果是天空上的下蜃景似乎是在地面上。觀測者可能會錯誤的解釋這些景象是水反射至空中的，對大腦而言，這是較為合理和常發生的。

在地面的空氣比上層微冷的狀況，光線會被偏折朝下，產生“上蜃景”。

“寧靜”狀態的地球大氣層垂直梯度大約是高度每升高100米，溫度變化-1℃ (數值是負的是因為溫度隨高度增加而降低)。發生蜃景的溫度梯度必須比這個大許多。依據M. Minnaert[2]，這個溫度梯度的量級至少是每米2℃，而要達到每米4℃或5℃才會出現明顯的蜃景。這些條件常出現在被強力加熱的地面，例如，當太陽一直照耀著砂或瀝青，通常就會生成下蜃景的景象。

我一直覺得說海市蜃樓是折射的遠處景觀，有點不對。我沒有實地看到過海市蜃樓，但覺得有一個問題值得思考。你距離一個城市10公里，其大樓就不可能看得很清晰了，怎麼所謂折射幾百公里外的城市，那些樓怎麼能看的那麼清晰。