Da bismo razumjeli kako nastaje ta optička varka, moramo se sjetiti da predmete vidimo kad se zrake svjetla odbiju od njih u ravnoj crti do našeg oka.
Kod fatamorgane u pustinji zrake svjetla koje se od nekog predmeta ispod horizonta odbijaju prema gore, prelamaju se od sloja gušćeg zraka koji se nalaziiznad sloja rjeđeg i vrućeg zraka, odmah do pijeska.
Taj sloj gustog zraka djeluje kao zrcalo pa budući da je iznad predmeta zrake kojih odražava, čini se da je predmet iznad horizonta i da ga vidimo, iako je zapravo izvan vidokruga. Kod fatamorgana na moru brod ispod horizonta jasno se odražava u gornjim slojevima zraka. Jedna znamenita fatamorgana na moru vidjela se na Baltiku, kad je britanska flota od 19 brodova na udaljenosti od 30 morskih milja viena kako jasno lebdi u zraku. Do fatamorgane na moru, osobito u sjevernim predjelima, dolazi zato što je hladniji i gušći zrak kod površine mora, a rjeđi i topliji zrak prelama zrake svjetlosti.
Tako se krater vulkana Etne na Siciliji jednom za fotomorgane vidio kao otok usred mora blizu Malte.
