海市蜃楼原理是地球上物体反射的光经大气折射而形成的虚像，所谓蜃景就是光学幻景。那么，自然界中的海市蜃楼形成的原因是什么呢？蜃景与地理位置、地球物理条件以及那些地方在特定时间的气象特点有密切联系。气温的反常分布是大多数蜃景形成的气象条件，常分为上现、下现和侧现海市蜃楼。
夏天，海面上的下层空气温度比上层低，密度比上层大，折射率也比上层大。我们可以把海面上的空气看作是由折射率不同的许多水平气层组成的。远处的山峰、船舶、楼房、人等发出的光线射向空中时，由于不断被折射，越来越偏离法线方向，进入上层空气的入射角不断增大，以致发生全反射，光线反射回地面，人们逆着光线看去，就会看到远方的景物悬在空中。这就是上现蜃景，常出现在海上和北方有冰雪覆盖的地方。
在沙漠里也会看到蜃景。夏季沙漠中烈日当头，沙土被晒得灼热，因沙土的比热小，温度上升极快，沙土附近的下层空气温度上升得很高，而上层空气的温度仍然很低，这样就形成了气温的反常分布，由于热胀冷缩，接近沙土的下层热空气密度小而上层冷空气的密度大，这样空气的折射率是下层小而上层大。
当远处较高物体反射出来的光，从上层较密空气进入下层较疏空气时被不断折射，其入射角逐渐增大，增大到等于临界角时发生全反射，这时，人要是逆着反射光线看去，就会看到远处物体的倒景，仿佛是从水面反射出来的一样，这就是下现蜃景，大都出现在热季的沙漠或冬季暖洋流的海上。
