海市蜃楼的形成原理主要是 光的折射和全反射现象。当光线在密度不同的空气层中传播时，由于空气密度的变化，光线会发生折射和反射。这种折射和反射使得远处的景物被投射到空中或地面，形成我们所看到的虚像。海市蜃楼现象在沙漠、海面等地方尤为常见，因为这些地方的气温和湿度变化剧烈，导致空气密度分层明显。

具体来说，海市蜃楼的形成过程如下：

温度差异导致的密度差异：

在沙漠中，太阳的灼热使得地面温度升高，导致近地面空气温度高、密度小，而上层空气温度低、密度大。这种密度差异使得光线在从密度大的空气层进入密度小的空气层时发生折射。

折射和全反射：

当光线入射角达到一定程度时，会发生全反射，使得光线进入人眼，形成远处物体的虚像。这种现象在海上也类似，由于海洋蒸发的水汽使得下层空气密度小，上层空气密度大，光线经过折射和反射后将远处物体的像投射到空中。

大气折射率梯度假设：

海市蜃楼通常表现为远处物体（例如船只、建筑物）的虚像出现在海平面上方，这是由于温暖的空气层位于冷空气层的上方，形成了折射率梯度。当大气中存在温度和密度的不均匀分布时，光线在传播过程中会发生折射，在特定的大气条件下，光线在不同折射率的空气层之间反复折射，形成了一个虚假的图像。

综上所述，海市蜃楼是一种因光的折射和全反射而形成的自然现象，其形成与局部气候条件和大气密度分布密切相关。