Kald luft har større tetthet enn varm luft og har derfor en større brytningsindeks. Når lys beveger seg fra kaldere til varmere luft, bøyes det av vekk fra temperaturgradienten («normalen» i figuren til høyre). Når det beveger seg fra varmere til kaldere luft, bøyes det mot gradienten. Figuren til høyre viser en lysstråle som kommer ovenfra ned mot den varmere overflaten. Hvis luften nær bakken er varmere enn luften høyere oppe, bøyer lysstrålene seg i en konkav, oppovervendt bane. Når strålene treffer øyet vårt, oppfatter øyet det som om de kommer rett forfra, selv om de i realiteten kommer ovenfra. Resultatet blir da en , hvor det ser ut som om himmelen ligger nede på bakken. For en som ser på kan dette se ut som vann som reflekterer himmelen over. Slike luftspeilinger kan blant annet ses på glovarme asfaltveier eller i ørkenen.