在炎热的夏季，特别是正午的时候，几乎没有一丝风，热辣辣的太阳炙烤着柏油马路。你坐在行驶的汽车中，突然发现在公路的不远处，似乎有一摊水，几乎覆盖了整个路面，“水”里还会有前面行驶的车或路边路灯的倒影。随着你乘坐的汽车前移，这摊“水”似乎也在向后退，和你保持一定的距离。有时候这摊“水”还会突然消失了，似乎从来没有存在过。
　　那公路上的这摊“水”真的存在吗？
　　答案是这摊“水”不存在，我们看到的水是一种虚像，这其实是光和空气的共同作用所产生的海市蜃楼现象。
　　说到海市蜃楼，似乎还带着一种神秘的色彩。在古代，人们相信海市蜃楼是一种叫蜃（蛤蜊）的动物吐的气形成的。随着科学的发展和进步，现在人们知道海市蜃楼实际上是大气由于光线折射而出现的一种自然现象。
　　公路上并不存在的水是一种最为简单的海市蜃楼现象。阳光照射在黑色的柏油路上时，路面因为吸热而温度升得很快，紧贴路面的空气也随之升高，空气的温度升高使空气密度随之减小。而距路面较高的上层空气温度与下层比相对较低，空气密度也较大。这时上层空气相当于光密介质，折射率大；而紧贴路面的下层空气相当于光疏介质，折射率小。从远处物体射向地面的光线，进入折射率小的热空气层时被折射，入射角逐渐增大，也可能发生全反射。人们逆着反射光线看去，就会看到远处物体的倒影，仿佛是从水面反射出来的一样，感觉路面像有水似的。当车向前移动时，全反射条件可能不具备了，也就看不到了，所以路面上的水消失了。
　　沙漠也是经常出现海市蜃楼的地方。又累又渴的旅行者忽然发现远处有一块绿洲，有房子、树林、牲畜、湖泊和人群。当旅行者欣喜若狂，急速向前奔去的时候，绿洲消失了，前面依然是一望无际的沙漠。
　　沙漠中海市蜃楼形成的原理和公路上的水基本相同，也是光线穿越不同密度的空气而出现的折射现象。在沙漠里，沙石被太阳晒得灼热，接近沙层的气温升高极快。由于空气不易于传热，所以在无风的时候，空气上下层间的热量交换极小，结果下面空气热，上面空气冷，上下温度差异比较明显。上下层空气温度的差异也使得下层空气密度反而比上层小。在这种情况下，如果前方有一棵树，它生长在一块绿洲上，由树梢倾斜向下投射的光线从密度大的空气层进入密度小的空气层时，就会发生折射。折射光线到了贴近地面的空气层时，就会发生全反射，光线又由近地面密度小的空气层反射回到上面密度较大的空气层中来。这样，经过一条向下凹陷的弯曲光线，树的影像就送到了人的眼中，出现了一棵树的倒影。这种倒影很容易给人们一种树木在水边的幻觉，以为远处一定是一处湖泊。
　　海市蜃楼还常出现在海面或湖面上，也是光线在不同密度的空气中发生折射而出现的现象。虽然原理相同，但光线穿越密度不同的空气层次序不同。在公路和沙漠的海市蜃楼现象中，贴近地面的空气密度低，距离地面较高的空气密度高；而在海面和湖面上的海市蜃楼现象中，贴近水面的空气密度高，而距离水面较高的空气密度低。当远处地平线以下的山峰、船舶、楼房和行人等发出的光线射向空中时，由于水面上的空气密度不同，光线的折射角不断地增大，以致发生全反射。光线反射回地面，人们逆着光线看去，远处地平线以下的景物就悬在空中了，成为海市蜃楼。
　　无论哪一种海市蜃楼，只能在无风或风力极微弱的天气条件下出现。当大风一起，引起了上下层空气的搅动混合，上下层空气密度的差异减小了，光线没有异常折射和全反射，那么所有的幻景就立刻消逝了。
　　海市蜃楼的现象与发生地域的地理位置、气候和气象特点密切相关，常常在同一地点重复出现，比如我国的蓬莱、汕头、美国的阿拉斯加和俄罗斯的齐姆连斯克等。另外，海市蜃楼出现的时间比较固定，比如我国山东蓬莱的海市蜃楼大多出现在每年的5月和6月，而美国阿拉斯加的海市蜃楼一般出现在每年的6月20日前后的20天内。