海市蜃楼是指在大海上空，由于气温、气压、湿度等自然因素的影响，使得大海对面的物体在大气折射作用下，形成看似矗立于海中的幻象。海市蜃楼的形成可以归结为大气光学现象。
所谓大气光学现象，指的是太阳、月亮、星星等光源在透过大气层时遇上不同的气体和水汽，发生折射、反射、散射、吸收等作用，从而产生各种奇特的光学现象，如彩虹、晕染、阳光显影、闪电等。
在大气的折射作用下，一般情况下大气密度较低的地方，光程相对较长，而折射角却较小，所以物体大多是显得高大威猛；反之，大气密度较高的地方，则相反。所以海市蜃楼形象的出现与这种原理是密不可分的。
海市蜃楼的形成是使人为之一爽的自然现象，它让我们重新认识了大气光学现象的奇妙之处。