“海市蜃楼”在我们的辞典里已经不是什么新鲜的名词，可是真的要我们把它的原理说清楚的时候，恐怕还是会有很多种答案出现。拿我自己来说好了，我曾经就以为它和一面镜子把太阳光反射到墙壁上的道理是一样的，可是到哪里去找这面巨大的镜子呢，我就这样把自己问住了，于是去翻书，接着就知道了这不是因为反射而产生的。
是光的折射产生了海市蜃楼。
我们先来了解相关的物理知识:光线在穿过密度均匀的物质（介质）时，其传播方向和速度一般保持不变；当光线倾斜地穿过密度不同的两种介质时，在两种介质接触的地方，或者叫界面，不仅传播速度发生改变，而且行进的方向也发生偏折，这就是物理学中的光折射现象。当光线由密度较小的物质中射入密度较大的物质中，也就是说，从疏介质进入密介质时，要向垂直于界面的法线方向偏折，即折射角小于入射角。反之，折射角会大于入射角。这就是光的折射规律。
很常见的一个例子就是斜插入水中的筷子，你会发现筷子似乎是被水折断了。当然，再没有人的物理学得比我糟糕的了，所以我想当我提出这样一个问题的时候，大家应该很快就能够给出正确的答案——我们看到筷子在水下的部分是折向水面还是折向水底？
我们来看这样一个示意图：
现在，我们再来看海市蜃楼的原理就清楚多了。它是光线在垂直方向密度不同的大气层中传播，经过多次折射造成的结果。根据幻景的方位不同常分为上现、下现和侧现蜃景。
上现蜃景。幻象看上去像是空中楼阁
凡是幻景看上去好像是由空中某一气层反射形成，称为上现蜃景。我们知道，热空气的密度要比冷空气的密度小，所以，如果近地面层是强逆温时（气温通常是随高度增加而降低的，如果随高度增加而增加，我们称之为逆温），空气密度会随高度迅速减小，光线在这种气温随高度升高而升高（空气密度随高度升高而锐减）的气层中传播，会向下屈折，远方地平线处的楼宇等的光线经折射进入观测者眼帘，观测者看到的虚像处于实物的上方，这就是上现蜃景。
上现蜃景常出现在海上，和北方有冰雪覆盖的地方。这是因为海水表面蒸发时要消耗热量，同时海水温度的升高缓慢；而在冰雪覆盖的地区，由于冰雪面能将大部分太阳光反射掉，同时冰雪融化时也要消耗大量热量。这样，这些地方下层的温度就变得很低，最容易出现强烈的逆温现象。
下现蜃景。幻象看上去像是水中倒影
凡是幻景看上去好像由地面反射而来的，称为下现蜃景。下现蜃景大都出现在热季的沙漠上或冬季暖洋流的海上。在晴朗少云且平静无风的天气里，阳光照射在干燥的沙土上，沙土温度上升极快，由于几乎没有水分蒸发，土壤分子传热极慢，热量集中在表层，接近土壤层的空气温度也因此迅速上升，当上层空气仍然很凉的时候，气温随高度很快降低，空气密度随高度很快增加，而光线在气温随高度而降低的气层内传播时会向上屈折，远方景物投向地面方向的光线，经折射后反而向上折，而进入观测者眼帘, 于是观测者就看到了如同水中的倒影似的下现蜃景。
另外，当水平方向的大气密度很不同，使大气折射率在水平方向存在很大不同的时候，便可能出现侧向蜃景。
