平静的海面、大江江面、湖面、雪原、沙漠或戈壁等地方，偶尔会在空中或“地下”出现高大楼台、城廓、树木等幻景，称海市蜃楼。我国山东蓬莱海面上常出现这种幻景，古人归因于蛟龙之属的蜃，吐气而成楼台城廓，因而得名。海市蜃楼是光线在铅直方向密度不同的气层中，经过折射造成的结果。常分为上现、下现和侧现海市蜃楼。
近地面层是强逆温时空气密度随高度强烈减小，远方地平线处的楼宇等的光线经折射进入观测者眼帘，便出现上现蜃景。
"海市蜃楼"是一种不常见的自然现象，大多出现在沿海一带或沙漠中。是由于光折射而形成的。有时人在沙漠中行走又累又渴，忽然看见在不远处有一片绿洲，非常高兴，可是走近一看，什么也没有。这就是“海市蜃楼”。
海市蜃楼是因远处景物反射出的光线进入空气时，由于空气上下层的温度不同，密度不同，折射率也不同，我们可以把海面的空气看作是由折射率不同的许多空气组成的，海面温度较低，空气密度较大，折射率也较大；上层气温较高，空气密度较小，折射率也较小。入射角i小于折射角r。当i大于临界角时便会出现全反射而折下来。
专家们对“海市蜃楼”的看法是这样的：在高度不同的各层空气密度差别较大的时候，光线通过一层又一层的空气，由于折射，就会把某一个地方的景色显示在另一个地方的空中或地面，形成“海市蜃楼”。