海市蜃樓經常發生在海上，因為海洋壹定範圍內的空氣濕度和厚度都比較高，以至於大面積的水汽誤形成了壹個巨大的透鏡系統。當近地面的溫度急劇變化時，會造成大氣密度的巨大差異，遠處的景物在光線傳播時會發生異常折射和全反射，從而造成海市蜃樓。
此外，海市蜃樓的發生還與不同高度的空氣層折射率有關，水汽含量是直接影響折射率的重要氣象因素。
同時也與溫度和相對濕度的突變有關。海面附近的空氣折射率高，是因為海水溫度低，水汽潮濕，而其上方的空氣由於陽光照射溫度高。
海面以上空氣層的折射率隨著高度從下到上逐漸減小。由於氣象要素的不連續，光在空氣中的折射率也是不連續的。當光線穿過折射率大的空氣層頂部時，在晴朗、無風或微風的氣象條件下，容易形成全反射，從而產生海市蜃樓。
歷史記錄:
《史記》:“自威、張揚、趙巖使人下海求蓬萊、方丈、瀛洲。這三座神山散布在茫茫大海中，離人們並不遙遠。如果他們受苦，他們會被風帶走。蓋味者為上，神仙仙藥在雲端，禽獸皆白，金銀為宮。不到則已，狀如浮雲；據我所知，三神山生活在水下；”當它來的時候，風需要把它引走，但它永遠不會來。"
南宋遺民林景熙寫了《海市蜃樓的故事》，全文100多字，是描寫海市蜃樓最好的散文之壹。
明代陸容《園雜記》:“惡塔論，遠在官書。或以鸛為大蚌，月令所謂雉入海為鸛。或者以為是條蛇。海裏有很多這樣的東西。但是，海邊沒有陽臺。但去了州和上海宣講，懷疑是窒息所致。蘇暢的《公海詩集》的序言說，他在春夏品嘗了它，年底不會再見到它。他在波塞冬神廟祈禱，明天見。”如果妳認為妳可以祈禱，這不是令人窒息的。"
明代方以智寫《物理學略》:“睢陽袁可立當兵，樓上飲酒。忽數十帆來，眾使眼花繚亂，朱祁遮天，相顧而驚。”我急忙停止飲酒，去照顧這座城市，可是船就要靠岸了，突然沒看見，我知道這是壹座海上城市。於是，詩歌繁榮起來，在蓬萊閣留下了千古佳作《觀滄海》。