出现海市蜃楼的原因是光的折射
如果要明白海市蜃楼的成因，首先要明白为甚么光线在空气中会被折射。原来，不同温度的空气有不同的折射率，就好像许多不同的介质一样。*近地面的空气较热，折射率较低。我们可以把空气想像为许多层的介质，而每一层的折射率都不同，越接近地面，折射率越低。
另一方面，我们也要知道甚么是全内反射。如果光线微微倾斜地从玻璃射进空气，一部分的光线会被反射回去，另一部分就会被折射，从玻璃中走出来。由于玻璃的折射率较空气高，所以折射角总是大于入射角 。当入射角越来越大，被折射的光线便会越来贴近空气与玻璃的界面，直至入射角大于临界角度，光线便只会被反射，而不会折射出去。这个现像叫做全内反射 。
假设有个绿洲，它在 A 点发出的光线被空气折射，走一条弯弯的路径。在 B 点，光线发生全内发射，使光线往上走。之后，光线再次被空气折射，最后光线会进入站在 C 点那观测者的眼睛，使他形成错觉，误以为绿洲很接近他呢！很久以前，人类便发现了全内反射，更把这个现象加以应用，例如光纤、单镜反光照相机和双筒望远镜都应用了全内反射的原理。
空气的折射引起的