Фата-моргана  — редко встречающееся сложное оптическое явление в атмосфере, состоящее из нескольких форм миражей, при котором отдалённые объекты видны многократно и с разнообразными искажениями.

Фата-моргана возникает в тех случаях, когда в нижних слоях атмосферы образуется (обычно вследствие разницы температур) несколько чередующихся слоёв воздуха различной плотности, способных давать зеркальные отражения. В результате отражения, а также и преломления лучей, реально существующие (в том числе находящиеся далеко за горизонтом) объекты дают на горизонте или над ним одно или несколько искажённых изображений, частично накладывающихся друг на друга и быстро меняющихся во времени, что и создаёт причудливую картину миражей «фата-морганы».

На море Фата-Моргана возникает в результате процесса тепловой инверсии, когда теплый воздух ложится слоями поверх холодного (обычно-то бывает наоборот). И один из них — средний — образует атмосферный канал, который начинает действовать и как линза, и как преломляющая призма. Именно и создает миражи, искривляя при этом лучи дугами. Приближает очень удаленные объекты и помещает их перед взором наблюдателей.

По всей видимости именно эта оптическая иллюзия породила миф о Летучем Голландеце.