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海市蜃樓是一種光學幻景，是地球上物體反射的光經大氣折射而形成的虛像。在大氣科學中稱為蜃景。
根據物理學原理，海市蜃樓是由於不同的空氣層有不同的密度，而光在不同的密度的空氣中又有着不同的折射率。也就是因地面上的暖空氣與高空中冷空氣之間的密度不同，光行經熱空氣層（密度小）的速度較冷空氣層(密度大)快，因此從遠處物體發出的光線，經過空氣層間的折射和底層的反射後，不是沿直線進入我們的眼睛，而是如圖中所示的曲線使我們以為是從路面下的倒影所發出。也就是因海面上暖空氣與高空中冷空氣之間的密度不同，對光線折射而產生的。蜃景與地理位置、地球物理條件以及那些地方在特定時間的氣象特點有密切聯系。氣溫的反常分佈是大多數蜃景形成的氣象條件。
文化

• 蘇軾的《海市詩》：「東方雲海空復空，群仙出沒空明中，搖盪浮世生萬象，豈有貝闕藏珠宮？心知所見皆幻影，敢以耳目煩神工。歲寒水冷天地閉，為我起蟄鞭魚龍。」
• 南宋遺民人林景熙的〈蜃說〉，全文一百多字，是描寫海市蜃樓最好的一篇散文。
• 清代施閏章有《觀海市詩》
• 蒲松齡〈山市〉：奐山山市「高超睥睨，連亙六七里，居然城郭」（《聊齋志異》卷十四）也是一種海市蜃樓的記載。