海市蜃楼的形成原理是光的折射。光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向发生改变，从而使光线在不同介质的交界处发生偏折。海市蜃楼又称蜃景，是一种因为光的折射和全反射而形成的自然现象。其的形成与天气形势、气象条件、地理位置、地球物理等有密切联系。
海市蜃楼形成原因
海市蜃楼是一种因远处物体被折射而形成的幻象，其产生原因是太阳使地面温度上升后形成的一种气温梯度。由于密度不同，光线会在气温梯度分界处产生折射现象。我们的大脑认为光线总是沿直线传播，但是当光线通过下方温度低、密度大的大气时，就会向下折射，所以大脑中显现的远处物体就会比实际高。
海市蜃楼经常发生在海上，因为海上一定范围之内的空间空气湿度较大，厚度也比较大，这样大面积的水蒸汽在运动下阴差阳错地形成了一个巨大的透镜系统。当近地面的气温剧烈变化时，则会引起大气密度的巨大差异，远方的景物，在光线传播时则会发生异常折射和全反射，从而造成蜃景。另外，海市蜃楼的发生还与不同高度空气层的折射率有关，水汽含量是直接影响折射率的重要气象要素。同时，与气温、相对湿度突变也存在着一定关系。
海市蜃楼形成条件
蜃景与地理位置、地球物理条件以及那些地方在特定时间的气象特点有密切联系。气温的反常分布是大多数蜃景形成的气象条件。
就拿下蜃的形成来说。夏季沙漠中烈日当头，沙土被晒得灼热，因沙土的比热小，温度上升极快，沙土附近的下层空气温度上升得很高，而上层空气的温度仍然很低，这样就形成了气温的反常分布，由于热胀冷缩，接近沙土的下层热空气密度小而上层冷空气的密度大，这样空气的折射率是下层小而上层大。当远处较高物体反射出来的光，从上层较密空气进入下层较疏空气时被不断折射，其入射角逐渐增大，增大到等于临界角时发生全反射，这时，人要是逆着反射光线看去，就会看到下蜃。
柏油马路因路面颜色深，夏天在灼热阳光下吸收能力强，同样会在路面上空形成上层的空气冷、密度大，而下层空气热、密度小的分布特征，所以也会形成下蜃。
发生在沙漠里的“海市蜃楼”，就是太阳光遇到了不同密度的空气而出现的折射现象。沙漠里，白天沙石受太阳炙烤，沙层表面的气温迅速升高。由于空气传热性能差，在无风时，沙漠上空的垂直气温差异非常显著，下热上冷，上层空气密度高，下层空气密度低。当太阳光从密度高的空气层进入密度低的空气层时，光的角度发生了改变，经过光的折射，便将远处的绿洲呈现于人们眼前了。在海面或江面上，有时也会出现这种“海市蜃楼”的现象。
海市蜃楼是一种光学幻景，是地球上物体反射的光经大气折射而形成的虚像。 海市蜃楼简称蜃景，根据物理学原理，海市蜃楼是由于不同的空气层有不同的密度，而光在不同的密度的空气中又有着不同的折射率。也就是因海面上冷空气与高空中暖空气之间的密度不同，对光线折射而产生的。
海市蜃楼的特点
蜃景有两个特点：一是在同一地点重复出现，比如美国的阿拉斯加上空经常会出现蜃景;二是出现的时间一致，比如我国蓬莱的蜃景大多出现于每年的5、6月份，俄罗斯齐姆连斯克附近蜃景往往是在春天出现，而美国阿拉斯加的蜃景一般是在6月20日以后的20天内出现。