海市蜃楼是一种光学现象，多出现在海洋、大湖、大江和沙漠的上空。夏天没风时，水面的上层空气被晒得较热，密度小，贴近水面的空气由于水的影响，温度较低，密度大。
上下两层空气的温度相差较大，密度上稀下密时，周围地平线下的岛屿、城镇、船只等景物的反射光线，通过在空气中的折射和全反射，就会形成正立的影像。
在沙漠中，地面由于受灼热的阳光照射强烈增温，靠近地面的空气热得快，密度小，上层的空气热得慢，反而密度大，当上下空气密度相差较大，呈上密下稀时，就会产生倒立的影像。两层密度不同的空气相平行时，蜃楼也可出现。
