Die Wellenlinien, die mitten im Sommer über einem heißen Grill oder einer Asphaltstraße erscheinen, werden durch ein Phänomen namens Brechung verursacht. Brechung ist die Krümmung von Lichtwellen und tritt auf, wenn Licht zwischen Substanzen mit unterschiedlichen Brechungsindizes hindurchtritt – in diesem Fall kalte Luft und heiße Luft. Da heiße Luft weniger dicht ist als kühle Luft, beschleunigt sich das Licht, wenn es eine heiße Oberfläche erreicht, und krümmt sich dann wieder nach oben, wodurch der Betrachter ein Bild des Himmels sieht und die Oberfläche in der Hitze wellig erscheint. Dieses Phänomen ist für Wüsten-Trugbilder verantwortlich, da Brechung und Reflexion dem menschlichen Auge sehr ähnlich sehen und das gebrochene Bild des Himmels von sehr heißem Sand wie die Reflexion des Himmels in einem Wasserbecken aussehen kann.
Der Grund dafür, dass die Dinge in der Hitze wellig aussehen, anstatt als stabiles Bild des Himmels zu erscheinen, ist, dass die Lufttemperatur nicht stabil ist. Heiße Luft steigt auf natürliche Weise auf, so dass die Luft, wenn sie von der heißen Oberfläche abströmt, eine Weile nach oben steigt, bevor sie schnell abkühlt und absinkt, um wieder erwärmt zu werden. Dieses ständige Mischen von heißer und kalter Luft erzeugt Vibrationen, die sich in gebrochenen Bildern niederschlagen, die wellig aussehen. Eine Straße, die in der Hitze wellig aussieht, kann gefährlich sein, da es den Anschein hat, als ob Wasser oder Öl auf die Straße verschüttet wurde. Der Sand in einer Wüste ist auch anfällig für Fata Morgana, die durstige Reisende notorisch als Oase interpretieren können.
Wenn die Dinge in der Hitze wellig aussehen, wird das Phänomen als minderwertige Fata Morgana bezeichnet, da das gesehene Bild dem realen Objekt, in diesem Fall dem Himmel, unterlegen oder niedriger ist. Auch eine überlegene Fata Morgana ist möglich, bei der ein Bild über dem realen Objekt erscheint. Damit diese Art von Fata Morgana auftritt, muss die heiße Luft höher in der Atmosphäre sein als die kühle Luft. Ein Beispiel für eine überlegene Fata Morgana ist das Sonnenlicht, das manchmal über dem Horizont zu sehen ist, wenn die Sonne selbst unter dem Horizont steht.