Ảo ảnh xảy ra khi sự chênh lệch mật độ không khí do nhiệt độ cực nóng gây ra làm cho các photon chuyển động theo một đường khác với một đường thẳng. Không khí nóng ít đặc hơn không khí lạnh, vì vậy nếu có gradient nhiệt độ đáng kể, ánh sáng phản xạ từ một vật thể có thể bị khúc xạ. Điều này có thể làm sai lệch hình ảnh.
Một trong những loại ảo ảnh phổ biến nhất là ảo ảnh kém hơn, trong đó hình dạng của các vật thể trên mặt đất thay đổi. Những điều này xảy ra trong thời kỳ thời tiết nóng gay gắt, khi năng lượng của mặt trời làm nóng mặt đất đến nhiệt độ nóng hơn đáng kể so với không khí bên trên nó. Điều này làm cho ánh sáng phản xạ từ các vật thể di chuyển xuống dưới, chiếu hình ảnh vào và lên mặt đất. Ví dụ, nước trong sa mạc xảy ra khi bầu trời xanh khúc xạ qua không khí nóng và dường như là một phần của mặt đất. Hơi nóng trên và trên đường nhựa là một ví dụ khác về ảo ảnh kém chất lượng.
Ảo ảnh siêu việt xảy ra khi mặt đất lạnh hơn nhiều so với không khí bên trên nó. Trong những ảo ảnh này, các vật thể dường như đang lơ lửng trong không khí so với vị trí thực của chúng. Ảo ảnh Fata Morgana kết hợp giữa ảo ảnh kém hơn và cao cấp hơn khi điều kiện không khí không ổn định và có thể khiến hình ảnh của các vật thể ở xa nhảy múa và biến dạng.
