Dans le cas du mirage chaud, c’est le sol, qui absorbe les rayons du soleil, et devient très chaud et donc réchauffe l’air autour de lui. La température de l’air n’est donc plus la même partout, elle est plus élevée près du sol, l’air n’est plus homogène. Les rayons lumineux ne se propagent plus en ligne droite car il se forme un gradient de température. Ainsi, les rayons lumineux provenant du ciel se courbent avant de parvenir à l’observateur. Celui-ci croit que la lumière qu’il reçoit provient du sol, en ligne droite. Il voit une étendue bleue, image du ciel, qu’il peut confondre avec une nappe d’eau. Ce phénomène apparaît le plus souvent dans le désert qui comporte de grandes surfaces de sable chaud, ou sur route.