在海邊生活的人們，偶爾會觀賞到海市蜃樓的壯觀景象，在實景的上方，會「懸浮」著朦朧的圖像，這些圖像並非視線範圍內能找到原型的，隨著空氣環境和大氣流動的狀態變化，這些景象也相應發生著改變，如夢如幻，甚是奇妙。有的朋友乾脆用望遠鏡來觀察這難得一見的景觀，那麼用望遠鏡來觀察與肉眼有什麼區別，會看到更多海市蜃樓的細節嗎？
海市蜃樓的產生原理，說白了就是光的折射所形成的。大家都知道，光線在同一均勻介質中的傳播，速度值不變、方向也不發生改變，如果光線在穿透兩種不同密度的介質時，光線的傳播速度以及傳播方向都會發生相應地改變，這種光學現象就叫做折射。生活中常見的光折射現象有很多，比如將一根筷子插入盛有水的杯子中，由於水的密度要大於空氣的密度，所以光線在從空氣進入水的界面時，折射角會小於入射角，因此光線會向著法線的方向靠攏，從人眼看來，筷子好像彎曲了一樣。
由於空氣和其它常見的介質密度相差較大，所以當光線從空氣進入其它介質或者從其它介質進入空氣中，我們很容易觀察到光的折射現象。而空氣本身嚴格來說也不是均勻的介質，一般情況下會在重力的影響下，呈現越靠近地面密度越大、高度越高密度越小的現象，太陽光線從大氣層的外圍射向地球時，總會或多或少的產生一定的折射現象，只不過這種折射我們司空見慣，很少會發現這種折射帶來的明顯感觀變化。
但是，凡事都有可能出現意外，空氣也一樣，當空氣的溫度在垂直或者水平方向上出現非常明顯的異常時，就會產生與平常不太一樣的光線折射和全反射現象，海市蜃樓就是基於這種原理而形成的，根據空氣溫度和密度在不同方向上的異常表現，我們可以將海市蜃樓分為以下幾種情形：
第一種是上現蜃景，通常發生在夏季的海邊區域。當由於空氣的劇烈對流以及海洋冷流經過時，造成下層空氣的溫度較上層的溫度明顯偏低，從而下層空氣密度明顯比上層空氣大，光線在穿過密度具有明顯「上稀下密」特徵的空氣層時，其會產生類似於「水杯中筷子彎曲」的光學現象，進入人眼的景物反射光線（映像），實際上要比實物要高，而且是正立的像。而在實際的觀察中，實物真實反射的光線並未被眼睛捕捉到，因此我們看到了映像在空中的海市蜃樓。
第二種是下現蜃景，通常發生在沙漠地帶。在沙漠裡，沙粒受到太陽強烈照射迅速升溫，由於空氣是熱的不良導體，在空氣對流較差的環境下，空氣在垂直方向上「下熱上冷」的現象非常明顯，因此下層空氣密度較小而上層空氣密度較大。此時，當光線從上到下穿過這樣的空氣層時，也會產生顯著的折射現象，而且折射角要大於入射角，在人眼看來，通過空氣全反射進入人眼的光線所形成的映像，會比實物的實際高度要低，而且是一個倒立的像，這種現象就是下現蜃景。
第三種是側現蜃景，通常發生在聳立的山體旁。其原理與下現蜃景相同，只不過是受到太陽暴曬的沙粒替換成了山體的垂直表面，這時候靠近山體表面的空氣溫度高、密度小，在山體垂直表面的附近，會因大氣折射和全反射而進入人眼的光線，形成了在山體側面所出現的實物映像。
所以，無論是以上哪種海市蜃樓表現形式，無怪乎都是因空氣密度產生明顯分異時，所形成的一種特殊的光學現象，而且它的出現，必須依賴於這種相對穩定的大氣結構，即無風或者風力非常微弱的情況，如果起風使得空氣的流動變得比較明顯時，那麼空氣的垂直和水平方向上就會形成較為劇烈的攪動和混合，這種空氣的密度差也會隨之變得微弱，也就不會再形成海市蜃樓了。
望遠鏡的原理其實和攝像機、人眼差不了多少，只是藉助於透鏡的組合，將來自遠處物體發出的光線，通過聚焦之後，呈現出一個放大且正立的虛像，在人眼看來物體有被拉近的感覺。基於這種原理，利用望遠鏡是可以看到遠處的海市蜃樓的，而且還要比人眼直接看到的要大，細節也更為豐富，畢竟它拓展了人眼的觀察範圍和視物能力。但是，望遠鏡能夠看清景物，一方面取決於焦距的選擇，另一方面取決於目標物體所發生光線的強度。
由於望遠鏡的變焦能力有限，而且蜃景的距離也不是太遠，因此我們通過望遠鏡觀看，只是將蜃景放大了一點而已，如果繼續調大焦距，一旦達到或者超過焦距範圍，則只能看到一團煙氣或者透過煙氣看到蜃景背後的實物。而且，蜃景所處的空間區域，空氣對流活動雖然較弱，但卻是每時每刻都在發生著煙氣的擾動，因此即使用望遠鏡看到的蜃景「虛像」，也是處於漂浮不定的狀態，想用望遠鏡大幅度提高解析度也是非常困難的。