Liniile ondulate care apar deasupra unui gratar incins sau a unui drum asfaltat in mijlocul verii sunt cauzate de un fenomen numit refractie. Refracția este îndoirea undelor luminoase și apare atunci când lumina trece între substanțe cu indici diferiți de refracție – în acest caz, aer rece și aer cald. Deoarece aerul cald este mai puțin dens decât aerul rece, lumina se accelerează când ajunge pe o suprafață fierbinte și apoi se curbează înapoi în sus, determinând privitorul să vadă o imagine a cerului și suprafața să pară ondulată în căldură. Acest fenomen este responsabil pentru mirajele deșertului, deoarece refracția și reflexia seamănă foarte mult cu ochiul uman, iar imaginea refractată a cerului din nisipul foarte fierbinte poate arăta ca reflexia cerului într-un bazin de apă.
Motivul pentru care lucrurile par ondulate la căldură, în loc să apară ca o imagine stabilă a cerului, este că temperatura aerului nu este stabilă. Aerul cald se ridică în mod natural, astfel încât aerul iese de pe suprafața fierbinte, acesta se ridică puțin înainte de a se răci rapid și a se scufunda din nou pentru a fi încălzit din nou. Acest amestec constant de aer cald și rece produce vibrații, care se traduce prin imagini refractate care arată ondulate. Un drum care pare ondulat la căldură poate fi periculos, deoarece poate părea că s-a vărsat apă sau ulei pe drum, așa că este important să conduceți cu prudență atunci când este suficient de cald pentru a apărea așa-numitele „miraje autostradale”. Nisipul dintr-un deșert este, de asemenea, predispus la miraj, pe care călătorii însetați îl pot interpreta în mod notoriu drept o oază.
Când lucrurile par ondulate la căldură, fenomenul este cunoscut ca un miraj inferior, deoarece imaginea văzută este inferioară sau mai mică decât obiectul real, în acest caz cerul. Este posibil și un miraj superior, în care o imagine apare deasupra obiectului real. Pentru ca acest tip de miraj să apară, aerul cald trebuie să fie mai sus în atmosferă decât aerul rece. Un exemplu de miraj superior este lumina soarelui care se vede uneori deasupra orizontului când soarele însuși se află sub orizont.