Miraż powstaje, gdy różnica gęstości powietrza spowodowana skrajnie wysokimi temperaturami powoduje, że fotony poruszają się po ścieżce innej niż prosta. Gorące powietrze jest mniej gęste niż zimne powietrze, więc jeśli istnieje znaczny gradient temperatury, światło odbite od obiektu może zostać załamane. Może to zniekształcić obraz.
Jednym z najczęstszych typów mirażu jest niższy miraż, w którym zmienia się wygląd przedmiotów na ziemi. Występują one w okresach bardzo upalnej pogody, kiedy energia słoneczna ogrzewa ziemię do temperatury znacznie wyższej niż powietrze nad nią. Powoduje to, że światło odbite od obiektów przesuwa się w dół, wyświetlając obrazy w głąb ziemi. Na przykład miraż wody na pustyni występuje, gdy błękitne niebo załamuje się przez gorące powietrze i wydaje się być częścią ziemi. Zamglenie na asfalcie i nad nim jest kolejnym przykładem gorszego mirażu.
Lepsze miraży występują, gdy ziemia jest znacznie zimniejsza niż powietrze nad nią. W tych miraŜach obiekty wydają się unosić w powietrzu ponad ich faktyczną pozycją. Miraż Fata Morgana łączy gorsze i lepsze miraż, gdy warunki powietrza są niestabilne i mogą powodować, że obrazy odległych obiektów tańczą i zniekształcają.
