Un mirage se produit lorsque la différence de densité de l'air causée par des températures extrêmement chaudes fait voyager les photons dans un chemin autre qu'une ligne droite. L'air chaud est moins dense que l'air froid, donc s'il y a un gradient de température important, la lumière réfléchie par un objet peut être réfractée. Cela peut déformer l'image.
L'un des types de mirage les plus courants est le mirage inférieur, dans lequel l'apparence des objets au sol change. Ceux-ci se produisent pendant les périodes de temps extrêmement chaud, lorsque l'énergie du soleil chauffe le sol à une température nettement plus élevée que l'air au-dessus. Cela fait que la lumière réfléchie par les objets se déplace vers le bas, projetant des images dans et sur le sol. Par exemple, des mirages d'eau dans le désert se produisent lorsque le ciel bleu se réfracte à travers l'air chaud et semble faire partie du sol. La brume de chaleur sur et au-dessus de l'asphalte est un autre exemple d'un mirage inférieur.
Les mirages supérieurs se produisent lorsque le sol est beaucoup plus froid que l'air au-dessus. Dans ces mirages, les objets semblent flotter dans les airs au-dessus de leur position réelle. Un mirage de Fata Morgana combine des mirages inférieurs et supérieurs lorsque les conditions atmosphériques sont instables et peuvent faire danser et déformer les images d'objets lointains.
