Из физики каждый знает, что свет способен проходить по прямой линии исключительно в однородной среде. Если сред несколько и они не имеют однородной массы то на их границе происходит преломление светового луча, то есть некоторое отклонение от начальной линии следования. Подобной неоднородностью обладает, к примеру, воздушная атмосферная прослойка нашей планеты, так его плотность увеличивается рядом с земной поверхностью. Луч света искажается, в итоге луч получается в некоторой степени смещенным с начальной точки,  и приподнятым нам линией до перехода в иную среду, данное явление носит название рефракции, произошло от латинского слова refractus, что значит «преломление».

Наибольшие свои значения рефракция получает в момент, когда Солнце или Луна достигает линии горизонта. Так учеными было выявлено, что Солнце, Луна, как в принципе и звезды на момент восход и заката визуально находятся  выше своих реальных координат, примерно на 35' (полградуса). Такое же отхождение от реальных цифр и у угловых размеров диска Солнца или Луны. Потому, когда нам кажется, что Солнце или Луна касается нижним краем горизонта, в реальности горизонта касается, а точнее заходит за него их верхний край.

Именно рефракция света в атмосферном слое формирует так называемые  миражи. Воздух, сильно нагретый над земной поверхностью, значительно остывает, чем выше над землей  поднимается. И  если в прослойке холодного воздуха возникает более теплый, к примеру, принесенный теплым  ветром, кроме того, он имеет значительную разреженность, а также переход довольно резкий, то  явление рефракции увеличивается во много раз. Световые лучи, походящие от объектов, находящихся на Земле, описывают что-то вроде дуги и проецируются в нижней своей части, порой на расстоянии от реального источника проекции на десятки, а то и сотни километров. В этом случае вероятно возникновение эффекта поднятия горизонта, иначе называемого верхним миражом.

Нижние миражи появляются в пустынях чаще всего, когда у земной поверхности воздух буквально горячий, настолько, что световые лучи, проецирующиеся от объектов, значительно искривляются. Сделав  дугу рядом с земной поверхности, они следует в обратном направлении снизу вверх. В этом случае можно рассмотреть объекты, словно бы отраженные в воде.