Bình thường, không khí càng lên cao càng loãng, do đó chiết suất của không khí tăng dần theo chiều từ trên cao xuống mặt đất. Ánh sáng truyền từ trên xuống dưới bị khúc xạ với xu hướng góc khúc xạ giảm dần. Do đó, ảnh của Mặt trời, các ngôi sao trên bầu trời... mà ta quan sát được sẽ là ảnh ảo, cao hơn một chút so với vị trí thực tế của chúng.
Sự khúc xạ này cũng làm cho hình ảnh của các ngôi sao mà ta quan sát được trên bầu trời dường như nhấp nháy (lấy lánh) do nhiễu loạn của không khí.
Vào những ngày nắng nóng, mặt đường (nhất là đường nhựa) hấp thụ ánh sáng Mặt trời mạnh nên rất nóng. Lượng nhiệt này sau đó bức xạ trở lại làm nóng những lớp không khí trên mặt đường dẫn đến lớp không khí càng gần mặt đường càng bị giãn nở. Chiết suất của không khí giảm dần theo chiều từ trên cao xuống dưới.
Vì vậy, tia sáng từ một vật thể ở xa như ôtô, cây cối, tòa nhà... khi truyền xuống phía dưới sẽ bị khúc xạ với góc khúc xạ có xu hướng tăng dần. Đến một lúc góc khúc xạ đạt giá trị giới hạn (xấp xỉ 90 độ), tia sáng sẽ không thể khúc xạ được nữa mà sẽ bị phản xạ trở lại phía trên (hiện tượng phản xạ toàn phần).
Lớp không khí gây ra phản xạ toàn phần ở gần sát mặt đường, giống như một tấm gương phẳng. Do đó ngoài hình ảnh quan sát trực tiếp ôtô, cây cối, ngôi nhà... ta còn nhìn thấy ảnh ảo của chúng, ngược chiều, đối xứng qua lớp không khí gây ra phản xạ toàn phần.
Ảnh này thường chỉ lờ mờ, lấp lánh như vũng nước trên mặt đường vì không khí sát mặt đường bị nhiễu loạn rất mạnh bởi các dòng khí đối lưu liên tục. Hiện tượng này cũng xảy ra tương tự ở trên sa mạc nóng bức, những vị trí nhô cao ở phía xa như các đồi cát... có thể cho ảnh ảo như vũng nước ở phía dưới. Khi đến gần ảnh ảo biến mất vì ta phải quan sát vật ở xa, để các góc tới và góc khúc xạ lớn, mới có thể xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần.
Câu 2: Cầu vồng chúng ta thấy khi trời mưa là kết quả của hiện tượng:
A. Tán sắc của các ánh sáng từ Mặt trời khi khúc xạ qua các giọt nước mưa
B. Tán sắc của các ánh sáng từ Mặt trời khi khúc xạ và phản xạ qua các giọt nước mưa
C. Giao thoa của các ánh sáng từ Mặt trời khi khúc xạ và phản xạ qua các giọt nước mưa