海市蜃楼的形成原因有折射、大气层的温度倒转、折射层。折射是指光线在经过不同介质之后，然后改变传播的方向，当大气层在经过温度以及密度的变化之后，光线会出现折射，而这种折射将导致光线弯曲，人们在视觉上将能产生位置移动。
海市蜃楼常出现在湖泊、海洋的附近，这些地区有大气层温度倒转等现象，伴随海拔的上升，大气的温度快速下降，在特定的情况下，冷空气会在冷空气之上形成。这一种温度倒转将导致在不同密度之间的光线出现折射，从而在人们眼前形成海市蜃楼。在海市蜃楼形成时，通常有多个不同密度层之间的折射，会导致传播的光线会通过不一样的路径，会有扭曲和倒影的效果。
海市蜃楼出现的地方
海市蜃楼主要出现在平静的海面上，例如山东蓬莱海面。另外还有大江的江面、湖面、沙漠、戈壁、大雪原。例如在寒冷的北极圈附近出现海市蜃楼的机会就比较大，还有一种是出现在空中，虽然不是直接和地球表面接近，但在某一种特定的条件下，可能将导致海市蜃楼的形成。大气层作为一种不均匀介质，等到光线进入大气层之后将形成反射，是一种常见的反射现象。
海市蜃楼出现的时机
海市蜃楼一般出现在夏季，靠近地表的空气，在长时间受到太阳的照射之后，密度要比高空空气的密度更小，由于密度差将造成光的折射，在人们的眼前形成海市蜃楼，就如同是在天空中出现一个反射镜，可以把远处所有的景色都反射出来，可以给人们留下一些较好的视觉印象。
