海市蜃楼形成的原因，我相信谁都知道吧！在灼热的沙漠里，沙漠的沙就像镜子一般，也就是说和沙漠接触的空气层，比上层部的空气密度较小，会产生反作用。所以当远处的物体发出光线倾斜射过来时，就像光线和非常大的日射角，碰到镜子而反射一般，碰到密度小的空气层之后，就在空气层里折射，这种光线就跑进了人们的眼睛。因此，在沙漠里旅行的人，常会把眼前的部分实物看成是在广阔水面上的某种幻影。
可是严格地说，在灼热地面附近温暖的空气层前，并不是像镜子一样地把光线反射出去，而是在水面中进行的光线由水底反射出来的。这里所说的并非是简单的反射，这种现象叫做“全反射”。全反射就是光线在水中进行时，入射角比某个角度更大时，光就被完全反射出来的现象。所以光以相当缓和的角度进入空气层才可以，否则入射角就不会比前面所说的某一个角度更大，这样，全反射自然不会发生了。
为了让读者不致产生误会，我在此说清楚些：这种海市蜃楼是在密度大的空气层高踞在密度小的空气层之上时才会发生的。可是大家都知道，密度大的空气层由于较重，所以时常往下跑，而把下面较轻的空气层往上挤。那么，海市蜃楼产生时，为什么浓密的空气层会在稀薄的空气层上面呢？这就是空气随时不断地流动的关系。也就是说受到地面加热的空气，不静止在地面上，而是不断地被压挤到上面，然后新的被加热的空气又会流进来递补，这样不断地循环的结果，对被照射得很灼热的沙来说，就常会有稀薄的空气层与其接触。所以此时虽然有新的空气跑进来，但是对光线的进行，不构成关系。换句话说，对光的进行一点都没有影响。
这里所说的海市蜃楼，早在古代人类就知道了。海市蜃楼依照现代的气象学术语来划分：“下方海市蜃楼”和由大气上层部的稀薄空气层把光反射出来而产生的“上方海市蜃楼”。一般人都认为这种典型的海市蜃楼，是只有在南方的灼热空气中才可以看得到，而在北方则看不到，这是错误的看法。事实上在北方也常常可以看到；譬如说，夏日里，柏油路是黑色的，所以很容易受到阳光的加热，这时候没有光泽的马路表面从远方来看的话，会像水面一般闪闪发亮，而把远方的物体映照出来。你若平时注意观察的话，就不会觉得奇怪了。
关于海市蜃楼方面，还有一般人较陌生的“侧方海市蜃楼”，这种现象是由垂直墙壁被加热后的反射所产生的。有一位法国人对这种现象作了如下的描述。当他走进要塞的堡垒时，突然感到堡内平坦的混凝土墙壁像镜子一般地发亮，而把附近的景色、地面、天空全都映照出来了，当他再向前走几步时，看到堡内其他墙壁也同样地有这种现象。换句话说，就是本来凹凸不平的灰色墙壁，表面看起来似乎像镜子一般的光滑。这是因为连续好多天的晴朗天气，使得墙壁受到阳光的灼晒而整个发热起来，所以才会出现这种情形。像这种海市蜃楼就是堡内墙壁受阳光强烈灼晒加热的结果，而这种状况也能用照相机照出来。
