Στο φαινόμενο του (κατώτερου) αντικατοπτρισμού οφείλεται η ψευδαίσθηση, σε έναν παρατηρητή, ότι υπάρχουν λίμνες νερού στην έρημο που όταν τις πλησιάζει εξαφανίζονται.
Ο ζεστός αέρας έχει μικρότερη πυκνότητα και μικρότερο δείκτη διάθλασης από τον κρύο αέρα. Έτσι όταν το φως από ψηλά (από ένα σύννεφο για παράδειγμα) κατά τη μετάβασή του από το ένα στρώμα αέρα που έχει μικρότερη θερμοκρασία (και μικρότερο δείκτη διάθλασης) προς το άλλο στρώμα αέρα που έχει μεγαλύτερη θερμοκρασία, διαθλάται αλλάζοντας συνεχώς πορεία απομακρυνόμενο από την κάθετη στη διαχωριστική επιφάνεια.
Κάποια στιγμή θα υποστεί ολική ανάκλαση στο θερμότερο χαμηλά στρώμα αέρα φτάνοντας στα μάτια μας δημιουργώντας ένα αντεστραμμένο είδωλο του σύννεφου.
Ο εγκέφαλός μας αντιλαμβάνεται ότι το φως διαδίδεται ευθύγραμμα και αυτό έχει ως συνέπεια να «βλέπει» το σύννεφο να εμφανίζεται χαμηλά και επειδή κάτι τέτοιο δεν είναι δυνατόν να συμβαίνει «αντιλαμβάνεται» τη φαινόμενη θέση του σύννεφου ως νερό στην άσφαλτο.
Στην αντίθετη περίπτωση που ο αέρας κοντά στην επιφάνεια της Γης (συνήθως πάνω από τη θάλασσα τις πρωινές ώρες μετά από μια κρύα νύχτα) συμβαίνει να είναι ψυχρότερος από τον αέρα στα υψηλότερα στρώματα, βλέπουμε κάποιο αντικείμενο (ένα πλοίο για παράδειγμα) που βρίσκεται κοντά στην επιφάνεια της θάλασσας να φαίνεται ανυψωμένο. Το φυσικό οπτικό αυτό φαινόμενο ονομάζεται (ανώτερος) αντικατοπτρισμός.

Ένα άλλο φαινόμενο που είναι γνωστό ως fata morgana είναι ένα σπάνιο είδος ανώτερου αντικατοπτρισμού που σχηματίζεται από πολλαπλές συσσωρευμένες εικόνες του αντικειμένου. Εμφανίζεται σε μια λεπτή ζώνη λίγο πάνω από τον ορίζοντα συχνά πάνω από τη θάλασσα και οι εικόνες του αντικειμένου είναι ασαφείς. Ο ιταλικός όρος fata morgana έχει σχέση με τον μύθο του βασιλιά Αρθούρου και της μάγισσας αδελφής του, της Fay le Morgan.