Миражи бывают, условно говоря, трех видов. Условно - потому что эти атмосферные явления по своей форме и по причинам, вызывающим их, очень разнообразны.
Наиболее простые по своему происхождению фата-морганы, называемые "озерными", мы можем увидеть сами.

Если в жаркий летний день встать на железнодорожное полотно или холмик над ним, когда солнце находится немного сбоку или сбоку и чуть впереди железнодорожного пути, то можно разглядеть, как рельсы в двух-трех километрах от нас как будто погружаются в искрящееся озеро, словно пути залило наводнением. Попробуем приблизиться к "озеру" - оно отодвинется, и сколько бы мы ни шли по направлению к нему, оно неизменно будет находиться в 2-3 километрах от нас.

Такие "озерные" миражи доводили до отчаяния путников пустыни, изнывавших от зноя и жажды. Они видели также в 2-3 километрах вожделенную воду, брели к ней из последних сил, но вода отступала, а потом точно растворялась в воздухе.
Происхождение "озерных" миражей легко объяснить. Солнечные лучи накаляют почву, от которой нагревается нижний слой воздуха. Нагревшийся воздух устремляется вверх, тут же заменяясь новым, который в свою очередь нагревается и утекает вверх.

Световые лучи всегда искривляются от теплых слоев в сторону более холодных. Лучи от светлого неба близ горизонта, направляясь к земле, загибаются над ней кверху и приходят в наш глаз наклонно снизу, точно отражаясь от чего-то над самой землей. Трепетание лучей, происходящее от колебания поднимающихся вверх потоков воздуха, создает иллюзию водной глади, искрящейся под солнцем.
Второй вид миражей по своему происхождению не сложнее "озерных", но разнообразнее.

Их принято называть "миражами дальнего видения".
Жители Лазурного берега Франции ясным утром не раз видели, как на горизонте Средиземного моря, где вода сливается с небом, из моря подымается цепочка Корсиканских гор, до которой от Лазурного берега примерно двести километров.
К этому виду относятся и миражи опрокинутые, которые не раз наблюдали с воздушного шара близ морских берегов.

Над облаками вдруг возникал зеленоватый туман, похожий на опрокинутое отражение моря, и в нем отчетливо виднелись корабли, плывущие мачтами книзу, килями вверх. Подобные миражи тоже были вызваны перераспределением теплых и холодных слоев воздуха. Уменьшение плотности воздуха с высотой заставляет лучи, отраженные от предметов, находящихся невысоко над горизонтом, искривляться книзу. Мы всегда видим предметы в направлении последнего отрезка луча, приходящего от предмета в глаз, и поэтому они кажутся выше их реального положения. Это нормальная атмосферная рефракция: величина ее тем больше, чем ближе объект к горизонту. Она "приподымает" предметы и делает их видимыми издалека по причине убывания плотности воздуха с высотой, что приводит к сильному изгибу лучей книзу и позволяет "заглянуть" за черту горизонта.

Для третьего вида миражей убедительных объяснений пока не найдено. Просто можно привести некоторые примеры.

Один человек в 1852 году с расстояния 4 км видел Страстбурскую колокольню на расстоянии, как ему казалось, двух километров. Изображение было гигантским, точно колокольня предстала перед ним увеличенная в 20 раз.
В 1878 году, когда США воевали с индейцами, белые в форте Авраам-Линкольн увидели отряд, незадолго до этого покинувший форт, марширующий по небу. Солдаты гарнизона позже истолковали мираж, как грозное предзнаменование, ибо стало известно, что отряд весь погиб в битве с индейцами.
В июне 1815 года жители бельгийского города Вервье увидели в небе войско, причем так ясно, что можно было различить форму солдат. Это было утро сражения при Ватерлоо. Расстояние между Вервье и Ватерлоо по прямой линии составляло сто пять километров.

В марте 1898 года ночью экипаж бременского судна "Матадор" во время перехода через южную часть Тихого океана увидел странное марево. Из него выскочило судно и понеслось прямо на "Матадор". Потом оно куда-то исчезло. В седьмую склянку ночи, иначе говоря, за полчаса до полуночи, на подветренной стороне вновь появилось судно, борющееся со штормом. Это было очень странно, потому что вокруг "Матадора" вода была совершенно спокойная. Но увиденный с "Матадора" парусник заливали бешеные волны, перекатываясь через него. Капитан "Матадора" Геркинс, несмотря на полный штиль, велел зарифить все паруса, опасаясь, что неизвестный парусник принесет с собой ветер...

Между тем парусник приблизился. Его волнами несло прямо на "Матадор". И вдруг судно улетело в южном направлении, унося с собой загадочную бурю, а на "Матадоре" внезапно погас яркий свет в капитанской каюте, который видели все сквозь два иллюминатора, пока не исчезло загадочное судно. Позже узнали, что в эту же ночь во время сильного шторма в капитанской каюте другого судна произошел взрыв лампы. Когда сличили время и градусы долготы двух судов, оказалось, что расстояние между "Матадором" и другим - датским - судном во время появления миража было около 1700 км.

Здесь действительно необъяснимое явление: передача изображения в том же масштабе да еще удивительное сгибание миражами земной поверхности. Ученые поговаривают о каких-то "линзах" из воздуха. Кажется, только этим можно объяснить видимость корабля в натуральную величину более чем за полторы тысячи километров. Не такое ли происхождение имеют и миражи, известные под названием "Летучего голландца"? Или это пример массового психоза, плод перепуганной фантазии? А если "линзы" в воздухе, то в силу каких причин они образуются?.. Пока ответов на эти вопросы не существует.
Фа́та-морга́на (итал. fata Morgana — фея Моргана, по преданию, живущая на морском дне и обманывающая путешественников призрачными видениями) — редко встречающееся сложное оптическое явление в атмосфере, состоящее из нескольких форм миражей, при котором отдалённые объекты видны многократно и с разнообразными искажениями.

Фата-моргана возникает в тех случаях, когда в нижних слоях атмосферы образуется (обычно вследствие разницы температур) несколько чередующихся слоев воздуха различной плотности, способных давать зеркальные отражения. В результате отражения, а также и преломления лучей, реально существующие объекты дают на горизонте или над ним по нескольку искажённых изображений, частично налагающихся друг на друга и быстро меняющихся во времени, что и создаёт причудливую картину фата-морганы.