大海中，当空气密度变化的同时，光线的传递速度也随之发生变化，于是发生了天文学现象中所称的折射现象。而海市蜃楼的形成则是因为折射和反射造成的。海市蜃楼的本质是光的折射作用造成的。当大气中不同温度、密度的气团产生折射时，人们就会看到虚假的景象出现。
海市蜃楼，是一种光学现象。在某个条件下，光线在不同密度的气流中的传输速度发生变化。阳光射在海面上，海水散射后的光线被折射、反射成纵深延续的虚像，使天空的云彩或者海面上的物体出现在天空的上方，形成一道道诡异的“云楼”。
有一些名胜古迹因为和海市蜃楼有关就更加让人神往。比如，在日本的佐贺县有庆能地区，公认为中国传统神话《广寒宫》所描绘的月亮就是从这里照射到中国的，而佐贺县的庆能地区关于月亮、天河、广寒等的传说，也正是通过海市蜃楼实现的，据说只有在最佳视觉天气的条件下，才能看到“月亮之境”这个绝世的奇观。
