The Fata Morgana occurs because rays of light are bent when they pass through air layers of different temperatures in a steep thermal inversion, where an atmospheric duct has formed. It significantly distorts the object on which it is based, often such that the object is completely unrecognizable. The Fata Morgana may be seen on land or at sea, in polar regions, or in deserts. It may involve almost any kind of distant objects, including boats, islands, and the coastline.

Miraż jest zjawiskiem fizycznym, a nie złudzeniem percepcji wizualnej lub złudzeniem optycznym. Decydującym czynnikiem warunkującym jego powstawanie jest silne nagrzanie dużej powierzchni podłoża np. piasku na pustyni. Promienie świetlne są wówczas zakrzywiane w górę, ku chłodniejszemu, a więc gęstszemu powietrzu. Zakrzywione promienie docierają do oka obserwatora pozornie z innego kierunku co wywołuje powstanie obrazu zwierciadlanego.

Eine Fata Morgana ist ein physikalisches Phänomen und nicht eine visuelle Wahrnehmungstäuschung oder optische Täuschung. Der Brechungsindex heißer Luft ist geringer als jener der kälteren Luft. Lichtstrahlen, die zunächst eine kalte Luftschicht durchqueren und anschließend in flachem Winkel auf wärmere Luftschichten stoßen, werden vom optisch dünneren Medium bis hin zu einer Totalreflexion weggebrochen. Wenn in Wüsten solche Luftschichtungen in größerer Höhe auftreten, sieht man Spiegelungen am Himmel, die Fata Morgana.