ويمكن أن يظهر سراب الواحة عندما تقوم حرارة الشمس بتسخين الأرض والهواء الذي فوقها مباشرة. ويمر شعاع الضوء الوارد من السماء أولًا عبر الهواء البارد للطبقة العليا، ثم عبر طبقة الهواء الأكثر دفئًا أو سخونة بالقرب من سطح الأرض. وتزيد سرعة الضوء أثناء دخوله طبقة الهواء الأكثر دفئًا، وذلك لقلة عدد جزيئات الهواء التي تعترض طريقه. ويجبر التغير التدريجي في سرعة الضوء الشعاع على تغيير اتجاهه، وينحني الشعاع لأعلى قبل وصوله إلى سطح الأرض بقليل.
لايستطيع الإنسان رؤية المسار الذي يتخذه الشعاع. ولأن الشعاع ينتقل لأعلى عند رؤية الإنسان إياه، فإنه يظن أنه آت من مكان ما على الأرض. ويختلط الهواء الساخن الموجود فوق سطح الأرض بسرعة مع طبقات الهواء الأخرى التي تسخنها الشمس. وأثناء اختراق الشعاع لهذه الطبقات، فإن الهواء الساخن يجعل الشعاع يتموج أو يتذبذب. وضوء سراب الواحة أزرق اللون، لأنه يأتي من السماء، ولذلك فإن الإنسان يستنتج أن تلك البقعة الزرقاء لابد أن تكون بركة ماء ذات أمواج صغيرة، بيد أن مايراه الإنسان حقيقة هو جزء من السماء. والأشعة التي تسبب السراب حقيقية، ولذلك فإنه من الممكن تصوير السراب.
هناك نوع آخر من السراب يسمى فاتا مورجانا، وهو الأبهى جمالًا بين أنواع السراب. يحدث سراب فاتا مورجانا عندما تحصر طبقة من الهواء الساخن أشعة الضوء الواردة من أجسام بعيدة، مما يجعل الأجسام ـ مثل الصخور وكتل الثلج ـ تبدو وكأنها أبراج في قلعة من قلاع حكايات الساحرات.