海面上的空氣被認為是由許多具有不同折射率的水平氣體層組成的。當遠處的山峰、船只、建築物、人發出的光射向空中時，由於不斷折射，越來越偏離正常方向，進入高空的入射角不斷增大，從而發生全反射，將光反射回地面。當人們逆著光線看時，會看到遠處的景物懸在空中。
擴展數據:
海市蜃樓有兩個特點:壹是在同壹地點反復出現，比如美國阿拉斯加上空經常出現海市蜃樓；二是同時出現。比如中國蓬萊的海市蜃樓多出現在每年的5、6月份，俄羅斯的齊姆連斯克附近的海市蜃樓經常出現在春季，而美國阿拉斯加的海市蜃樓壹般出現在6月20日後的20天內。
2011 5月10日，廣州塔再次成為“天中之冠”奇觀，專家稱之為海市蜃樓。2011 5月9日下午4點左右，海口市沿海出現海市蜃樓，持續了約壹個小時。
2012年5月2日下午，壹場驟雨過後，廣東汕頭中央大廈西北方向有連綿起伏的群山，但平時從這個角度看不到群山，應該是海市蜃樓。
2013年4月30日，珠海九洲港海面疑似出現“海市蜃樓”，海面上漂浮著壹臺“塔吊”。山脈的上半部分非常清晰，而下半部分是壹片連接大海的茫茫煙雲。群山漸漸模糊，漸漸消失，與天空融為壹體，直至完全消失。整個過程持續了20分鐘左右。
百度百科-海市蜃樓