Les lignes ondulées qui apparaissent au-dessus d’un gril chaud ou d’une route goudronnée en plein été sont causées par un phénomène appelé réfraction. La réfraction est la courbure des ondes lumineuses, et elle se produit lorsque la lumière passe entre des substances ayant des indices de réfraction différents – dans ce cas, l’air froid et l’air chaud. Étant donné que l’air chaud est moins dense que l’air froid, la lumière accélère lorsqu’elle atteint une surface chaude, puis se courbe vers le haut, ce qui fait que le spectateur voit une image du ciel et que la surface apparaît ondulée sous l’effet de la chaleur. Ce phénomène est responsable des mirages du désert, car la réfraction et la réflexion ressemblent beaucoup à l’œil humain, et l’image réfractée du ciel par du sable très chaud peut ressembler au reflet du ciel dans une flaque d’eau.
La raison pour laquelle les choses semblent ondulées dans la chaleur, au lieu d’apparaître comme une image stable du ciel, est que la température de l’air n’est pas stable. L’air chaud monte naturellement, donc à mesure que l’air sort de la surface chaude, il monte un peu avant de se refroidir rapidement et de redescendre pour être à nouveau réchauffé. Ce mélange constant d’air chaud et froid produit des vibrations, qui se traduisent par des images réfractées semblant ondulées. Une route qui semble ondulée sous la chaleur peut être dangereuse, car il peut sembler que de l’eau ou de l’huile ont été renversées sur la route, il est donc important de conduire prudemment lorsqu’il fait suffisamment chaud pour que des mirages routiers apparaissent. Le sable dans un désert est également sujet au mirage, que les voyageurs assoiffés peuvent notoirement interpréter comme une oasis.
Lorsque les choses semblent ondulées dans la chaleur, le phénomène est connu sous le nom de mirage inférieur, car l’image vue est inférieure ou inférieure à l’objet réel, dans ce cas le ciel. Un mirage supérieur est également possible, dans lequel une image apparaît au-dessus de l’objet réel. Pour que ce type de mirage se produise, l’air chaud doit être plus haut dans l’atmosphère que l’air froid. Un exemple de mirage supérieur est la lumière du soleil qui est parfois vue au-dessus de l’horizon lorsque le soleil lui-même est sous l’horizon.