Untuk diketahui, udara kerapatan bisa berubah-ubah, bergantung pada suhu. Jadi, saat cahaya merambat melalui udara pada suhu berbeda, cahaya akan dibelokkan ke arah udara yang lebih dingin, lebih padat. Hal ini yang diduga terjadi di atas air yang membeku pada malam tenggelamnya Titanic.
Dalam kedua kasus, udara yang paling dekat dengan air lebih dingin dibanding udara di atasnya. Udara menjadi lebih hangat saat menjauh dari permukaan laut. Hal ini menciptakan gradien suhu dan kepadatan, menyebabkan cahaya yang dipantulkan suatu benda seperti kapal, gunung es, atau pulau di dekatnya membelok.
Cahaya yang membelok ke arah udara lebih dingin di permukaan laut menciptakan fatamorgana. Ini menyebabkan cahaya tampak lebih tinggi dari yang sebenarnya. Karena, mata mengharapkan cahaya merambat dalam garis lurus, sehingga mata menafsirkan objek berada di tempat yang berbeda karena cahayanya dibelokkan.
Jenis fatamorgana lainnya yakni inferior, yang terjadi di gurun atau trotoar yang panas saat permukaan dan udara di sekitarnya lebih hangat dibandingkan udara di atasnya. Untuk melihat fatamorgana, harus berada di atas lapisan udara terhangat.
Dan cahaya yang datang dari atas dibelokkan ke atas menuju udara yang lebih dingin. Karena mata mengantisipasi bahwa cahaya akan bergerak dalam garis lurus, maka mata menafsirkan gambar sebagai lebih rendah dan terbalik.