Quand le sol est surchauffé, deux images peuvent apparaître pour un objet : l'une en trajet direct, c'est-à-dire le trajet habituel de la lumière pour une image droite, et l'autre, inversée, sous la première. On peut visualiser la situation en considérant que le trajet suivi par la lumière, issue d'un point dans la couche de température inférieure, se produit comme si une réflexion totale avait lieu sur le dioptre qui sépare les deux couches pour un angle d'incidence supérieur à l'angle d'incidence minimal présenté dans les figures 1 et 2 de la page de présentation de la réfraction.

Concrètement, pour une voiture circulant au point V sur une route surchauffée, la couche de température supérieure correspond à l'air immédiatement au-dessus du revêtement de la route, et la couche de température inférieure est l'air dans lequel se déplace le véhicule. Une image inversée apparaît alors sous le véhicule pour une observation effectuée au point O, comme s'il s'agissait d'un reflet dans une flaque d'eau. Le mirage inférieur est très fréquent.

Mais, bien sûr, la situation réelle est plus complexe que ce schéma :
- la rotondité de la Terre doit être prise en compte, spécialement quand l'objet lointain est distant de plusieurs kilomètres ;
- il n'y a pas véritablement de surface de contact aussi bien délimitée entre les deux couches qu'entre l'eau et l'air de la page de présentation de la réfraction ; il faut plutôt considérer qu'il y a continuité avec un changement rapide au lieu d'une rupture nette entre les deux niveaux de température. Donc pas de réflexion totale comme dans un miroir mais un effet plus progressif avec de multiples petites réfractions.

Pour un objet situé hors de l'atmosphère terrestre (le Soleil, la Lune, une étoile), la configuration globale est différente car la lumière traverse toute l'atmosphère mais la fin du trajet est similaire.