El espejismo es un fenómeno óptico real (no una alucinación) producido por la refracción de los rayos de luz al atravesar capas de aire con diferente temperatura y, por tanto, diferente densidad e índice de refracción. Cuando existe un fuerte gradiente térmico cerca de la superficie, los rayos de luz se curvan gradualmente, creando imágenes desplazadas, invertidas o distorsionadas de objetos distantes. El espejismo inferior es el más común: se produce cuando el suelo calentado por el sol crea una capa de aire caliente y poco denso cerca de la superficie, bajo aire más frío. Los rayos de luz que viajan hacia abajo se curvan hacia arriba, creando una imagen invertida que simula un charco de agua o un «lago» en la carretera. El cerebro interpreta esta imagen invertida del cielo como una superficie reflectante de agua. Es típico de desiertos, carreteras asfaltadas en verano y grandes llanuras soleadas. El espejismo superior ocurre cuando hay una inversión térmica con aire frío debajo de aire caliente, típicamente sobre superficies de agua fría o hielo. Los rayos se curvan hacia abajo, haciendo que objetos lejanos aparezcan elevados o flotando sobre el horizonte (efecto Fata Morgana). Este tipo puede crear imágenes múltiples y distorsionadas de costas, barcos o islas. En España, los espejismos inferiores son habituales en las mesetas castellanas y Andalucía en verano, mientras que los superiores se observan ocasionalmente sobre el Mediterráneo.