到了1664年，著名學者方以智在其著作《物理小識》中說道：“海市或以為蜃氣，非也。”接著方以智轉引張瑤星的記述：“登州鎮城署後太平樓，其下即海也。樓前對數島，海市之起，必由於此。”這其中說的“數島”是指與蓬萊遙望相對的廟島群島。從中看出，張瑤星、方以智明確認為海市蜃樓既非仙山瓊閣，又非蜃氣所致，而是現實的島嶼、城鎮景色在大氣不均勻層中的反映。
清代初年，學者揭暄在張、方觀點的基礎上，在《物理小識》一書中注釋道：“氣映而物見。霧氣自湧，即水汽上升者，水能照物。故其氣清明上升者，亦能照物。”揭暄還與持有相同觀點的遊藝一起，繪製了一幅《山城海市蜃氣樓台圖》，然後在《天經或問後集》中雲：“水在涯洠，倒照人物如鏡，水汽上升，懸照人物亦如鏡。或以為山城海市蜃氣，而不知為濕氣遙映也。”這時候人們已經認識到海市蜃樓其實正是實際景物在大氣中的反應，這種“氣映”解說，可以說是充分體現了我們的祖先對於海市蜃樓中蘊含的科學道理的認知。
在現代光學中，海市蜃樓其實是光線在空氣中被折射，再加上全內反射的結果。
要明白海市蜃樓的成因，首先要明白光線為什麼會在空氣中折射。原來，不同溫度的空氣都有著不同的折射率，就好像許多不同的介質一樣。靠近地麵的空氣較熱，折射率較低。我們可以把空氣想象為許多層的介質，而每一層的折射率都不同，越接近地麵，折射率越低。因此光線在空氣中行走時，路線便如圖所示：
如果光線微微傾斜地從玻璃射進空氣，一部分的光線會被反射回去，另一部分就會被折射，從玻璃中走出來。由於玻璃的折射率較空氣高，所以折射角總是大於入射角。當入射角越來越大，被折射的光線便會越來貼近空氣與玻璃的界麵，直至入射角大於臨界角度，光線便隻會被反射，而不會折射出去。這個現象叫做全內反射。
現在明白海市蜃樓的成因了嗎？假設有個綠洲，它在A點發出的光線被空氣折射，走一條彎彎的路徑。在B點，光線發生全內發射，使光線往上走。之後，光線再次被空氣折射，最後光線會進入站在C點觀測者的眼睛，使觀測者形成錯覺，誤以為綠洲就近在眼前。
因此，海市蜃樓在現代常用於比喻虛幻的事情。比如葉初林在《危言聳聽》中寫道：“城裏富人一擲千金的生活，對這幫生長在山旮旯的窮哥們兒來說，那就像海市蜃樓般不可捉摸。”其中的“海市蜃樓”，就是形容難以實現的希望、空想等等。
眼見未必為實，還有可能是海市蜃樓。虛幻的景象，縱然再美麗奪目，也不過鏡花水月。我們的祖先用了足足2000多年艱難探索，才弄明白了大自然的詭計，而當你遇到這樣的蜃景，又要用多久才能分得清現實與虛幻、真理與謊言？