海市蜃楼是光线在密度不同的大气层中传播发生折射造成的虚像。大多数海市蜃楼的形成是气温反常导致的。
空气层有不同密度的空气，例如海面上的冷空气与高空中的暖空气的密度就不同。光在不同密度的空气中有着不同的折射率。
人眼观察到的虚像是正立还是倒立，要根据观察的位置而定。如果观察者处于高处，看到光线折射形成的悬在空中的正立虚像；反之则是倒立的虚像。
