Ảo ảnh trên sa mạc phần lớn là ảo ảnh dưới. Ở đó vì mặt trời suốt ngày phát nhiệt làm cho lớp đất đá ở trên mặt đất nóng lên nhanh. Tầng không khí ở sát mặt đất cũng thu nhiệt nhanh, nóng lên làm mật độ giảm đi. Tầng ko khí ở trên cao nóng chậm hơn nên có mật độ lớn. Khi lặng gió hoặc có gió nhẹ ít dao động. Sự trao đổi nhiệt giữa 2 tầng khí trên rất ít nên tầng khí trên mát và đậm đặc hơn còn tầng khí dưới loãng và nóng hơn. Lớp không khí nóng này đóng vai trò như mặt nước trong trường hợp nhìn từ trong khối nc ra ngoài mà ta gọi là "phản xạ toàn phần". Lúc xảy ra ảo ảnh thì tia sáng đi thoai thoải vào các lớp khí để góc tới lớn hơn "góc giới hạn".
Nhân tiên tôi chú thích luôn là tại sao lớp khí tỉ khối lớn lại ở trên lớp khí tỉ khối nhỏ hơn. Sự sắp xếp các lớp khí như trên trong ko khí yên tĩnh thì ko thể có dc, nhưng ko khí chuyển động thì có thể có. Lớp ko khí dc mặt đất hun nóng ko nằm yên trên mặt đất
mà liên tục dc đẩy lên cao và lập tức dc thay thế bằng 1 lớp khí khác dc mặt đất hun nóng. Sự thay thế xảy ra duy trì trên lớp cát 1 lớp không khí nóng mỏng và nhẹ, tuy không mãi mãi là 1 lớp nhưng ko ảnh hưởng mấy đến sự truyền của tia sáng cả.
Vào buổi trưa trời nắng , lớp không khí dưới cùng bị đốt nóng hơn cả vì gần mặt đường nhựa hơn, và vì thế nó bị loãng đi nhiều. Lớp không khí bên trên bị nung nóng ít hơn, vì vậy nó đậm đặc hơn. Mật độ không khí ở cả hai lớp kề sát nhau ấy trong trường hợp này không còn đồng nhất nữa===>gây ra hiện tượng phản xạ toàn phần khi ánh sáng chiếu từ môi trường chiết quang hơn (lớp không khí trên) sang môi trường kém triết quang (lớp không khí dưới )+với hiện tượng không khí nóng bị bốc lên cao ===>ta có cảm giác như trên.
Còn hiện tượng ảo giác trên sa mạc thì cũng như vậy :Đi trong biển cát mênh mông, con người bỗng thấy phía trước có làng mạc cây cối, giếng nước, suối mát… nhưng khi đến gần thì tất cả đều biến mất, không còn lại một dấu vết. Đây chính là hiện tượng ảo ảnh thường thấy trong sa mạc. Đó là do mật độ chiếu sáng không đồng đều của các tia khúc xạ làm cho cảnh vật thật ở xa hiện lên trong không trung hoặc dưới đất, tạo thành cảnh hư ảo.
Vì:Tại sa mạc, nhiệt độ không khí giảm nhanh theo độ cao, khiến chiết suất không khí tăng nhanh theo độ cao. Trong điều kiện quang học này, tia sáng từ bầu trời có thể được khúc xạ toàn phần đến mắt người quan sát đứng trên sa mạc, tương tự như được phản chiếu từ mặt hồ nước.
