海市蜃樓原理是地球上物體反射的光經大氣折射而形成的虛像，所謂蜃景就是光學幻景。那么，自然界中的海市蜃樓形成的原因是什么呢？蜃景與地理位置、地球物理條件以及那些地方在特定時間的氣象特點有密切聯系。氣溫的反常分布是大多數蜃景形成的氣象條件，常分為上現、下現和側現海市蜃樓。

夏天，海面上的下層空氣溫度比上層低，密度比上層大，折射率也比上層大。我們可以把海面上的空氣看作是由折射率不同的許多水平氣層組成的。遠處的山峰、船舶、樓房、人等發出的光線射向空中時，由于不斷被折射，越來越偏離法線方向，進入上層空氣的入射角不斷增大，以致發生全反射，光線反射回地面，人們逆著光線看去，就會看到遠方的景物懸在空中。這就是上現蜃景，常出現在海上和北方有冰雪覆蓋的地方。

在沙漠里也會看到蜃景。夏季沙漠中烈日當頭，沙土被曬得灼熱，因沙土的比熱小，溫度上升極快，沙土附近的下層空氣溫度上升得很高，而上層空氣的溫度仍然很低，這樣就形成了氣溫的反常分布，由于熱脹冷縮，接近沙土的下層熱空氣密度小而上層冷空氣的密度大，這樣空氣的折射率是下層小而上層大。

當遠處較高物體反射出來的光，從上層較密空氣進入下層較疏空氣時被不斷折射，其入射角逐漸增大，增大到等于臨界角時發生全反射，這時，人要是逆著反射光線看去，就會看到遠處物體的倒景，仿佛是從水面反射出來的一樣，這就是下現蜃景，大都出現在熱季的沙漠或冬季暖洋流的海上。