Garis bergelombang yang muncul di atas panggangan panas atau jalan aspal di tengah musim panas disebabkan oleh fenomena yang disebut pembiasan. Pembiasan adalah pembelokan gelombang cahaya, dan itu terjadi ketika cahaya melewati antara zat dengan indeks bias yang berbeda – dalam hal ini, udara dingin dan udara panas. Karena udara panas kurang padat daripada udara dingin, cahaya dipercepat ketika mencapai permukaan yang panas dan kemudian melengkung kembali ke atas, menyebabkan pemirsa melihat gambar langit dan permukaan tampak bergelombang di panas. Fenomena ini bertanggung jawab atas fatamorgana gurun, karena pembiasan dan pantulan terlihat sangat mirip dengan mata manusia, dan bayangan langit yang dibiaskan dari pasir yang sangat panas dapat terlihat seperti pantulan langit di genangan air.
Alasan mengapa benda-benda terlihat bergelombang dalam panas, bukannya muncul sebagai gambar langit yang stabil, adalah karena suhu udara tidak stabil. Udara panas secara alami naik, sehingga ketika udara keluar dari permukaan yang panas, ia naik sebentar sebelum dengan cepat mendingin dan tenggelam untuk dipanaskan kembali. Pencampuran udara panas dan dingin yang konstan ini menghasilkan getaran, yang diterjemahkan menjadi gambar yang dibiaskan tampak bergelombang. Jalan yang terlihat bergelombang dalam cuaca panas bisa berbahaya, karena mungkin tampak air atau minyak tumpah di jalan, jadi penting untuk mengemudi dengan hati-hati saat cuaca cukup panas sehingga apa yang disebut “fatamorgana jalan raya” muncul. Pasir di gurun juga rentan terhadap fatamorgana, yang oleh para pelancong yang kehausan dapat dengan terkenal ditafsirkan sebagai oasis.
Ketika benda terlihat bergelombang dalam panas, fenomena ini dikenal sebagai fatamorgana inferior, karena bayangan yang dilihat lebih rendah atau lebih rendah dari objek sebenarnya, dalam hal ini langit. Sebuah fatamorgana superior juga mungkin, di mana sebuah gambar muncul di atas objek nyata. Agar fatamorgana jenis ini terjadi, udara panas harus lebih tinggi di atmosfer daripada udara dingin. Contoh fatamorgana superior adalah sinar matahari yang terkadang terlihat di atas ufuk ketika matahari sendiri berada di bawah ufuk.