Es gibt zwei Arten von Fata Morgana: minderwertige und überlegene. Trugbilder werden durch Lichtbrechung verursacht, das heißt die Krümmung von Lichtwellen. Brechung tritt auf, wenn Licht durch eine Art von Material in eine andere fällt. Zum Beispiel kann es durch die Luft gelangen und in Wasser übergehen. Licht kann auch gebrochen werden, wenn es durch einen Bereich mit warmer Luft in einen Bereich mit kühlerer Luft gelangt, da kalte Luft eine höhere Dichte als warme Luft hat.
In einer minderwertigen Fata Morgana, die die häufigste Art ist, scheint ein Objekt präsent zu sein, als ob es sowohl das eigentliche Objekt als auch sein Spiegelbild in einem Wasserbecken wäre. Wenn der Boden sehr heiß ist, strahlt Wärme aus dem Boden nach oben und erwärmt die Luft direkt darüber. Wenn Licht durch die kühlere Luft oben in die wärmere Luft unten gelangt, biegt es sich und erzeugt eine Fata Morgana. Die Fata Morgana sieht aus wie ein Objekt, das sich im Wasser spiegelt, weil ein Teil des Lichts normalerweise auf den Boden fällt, aber es wird gebogen und geht stattdessen zu Ihren Augen, wodurch ein Doppelbild entsteht. Minderwertige Fata Morganas werden an heißen Tagen häufig auf asphaltierten Straßen gesehen und sehen oft wie Wasserpfützen auf der Straßenoberfläche aus. Dies ist die Fata Morgana in der Wüste – das Szenario, das am häufigsten mit Fata Morgana in Verbindung gebracht wird.
Über dem Horizont erscheint eine überlegene Fata Morgana, weil sich eine Masse kühler Luft unter einer Masse warmer Luft befindet. Es erscheint normalerweise über Eis oder sehr kaltem Wasser. Bei dieser Art von Fata Morgana erscheint das Objekt viel höher als logisch. Beispiele dieser Art, die Seeleute häufig sehen, sind Bilder von schwimmenden Inseln und Landmassen, wo es keine gibt. Überlegene Fata Morganas werden aufgrund der großen Eismengen und des sehr kalten Wassers am häufigsten in Polarregionen gesehen.
Überlegene Fata Morganas sind auf weite Entfernungen sichtbar, weil die Erde rund ist. Wenn die Erde flach wäre, würde das nach unten gebogene Licht den Boden sehr nahe an der Stelle erreichen, an der das Licht gebogen wurde, und die Fata Morgana wäre nur in sehr geringer Entfernung sichtbar. Ein interessantes Beispiel dafür ereignete sich 1596, als ein Schiff auf der Suche nach der Nordwestpassage weit nördlich im Atlantik im Eis gefangen war und die Besatzung dort den ganzen Winter über bleiben musste. Da das Licht der Sonne in einer der Erdkrümmung folgenden Kurve gebrochen wurde, sah die Crew das Licht der Sonne zwei Wochen vor dem eigentlichen Ende der sehr langen Mittwinternacht.