海市蜃樓是折射.因為空氣的密度不是均勻的.如在夏季,白晝海水濕度比較低,特別是有冷水流經過的海面,水溫更低,下層空氣受水溫更低,下層空氣受水溫影響,較上層空氣為冷,出現下冷上暖的反常現象（正常情況是下暖上涼,平均每升高100米,氣溫降低0.6℃左右）.

下層空氣本來就因氣壓較高,密度較大,現在再加上氣溫又較上層為低,密度就顯得特別大,因此空氣層下密上稀的差別異常顯著.假使在我們的東方地平線下有一艘輪船,一般情況下是看不到它的.如果由于這時空氣下密上稀的差異太大了,來自船舶的光線先由密度的氣層逐漸折射進入稀的氣層,并在上層發生全反射,又折回到下層密的氣層中來；經過這樣彎曲的線路,最后投入我們的眼中,我們就能看到它的像.由于人的視覺總是感到物像是來自直線方向的,因此我們所看到的輪船映像比實物是抬高了許多,所以叫做上現蜃景.

除了上現蜃景,還有下現蜃景、側現蜃景.在沙漠里,白天沙石被太陽曬得灼熱,接近沙層的氣溫升高極快.由于空氣不善于傳熱,所以在無風的時候,空氣上下層間的熱量交換極小,遂使下熱上冷的氣溫垂直差異非常顯著,并導致下層空氣密度反而比上層小的反常現象.在這種情況下,如果前方有一棵樹,它生長在比較濕潤的一塊地方。

這時由樹梢傾斜向下投射的光線,因為是由密度大的空氣層進入密度小的空氣層,會發生折射.折射光線到了貼近地面熱而稀的空氣層時,就發生全反射,光線又由近地面密度小的氣層反射回到上面較密的氣層中來.這樣,經過一條向下向下凹陷的彎曲光線,把樹的影像送到人的眼中,就出現了一棵樹的倒影.由于倒影位于實物的下面,所以又叫下現蜃景.