En ljusstråle som under sned vinkel passerar luftskikt av olika täthet kommer att brytas från normalen när den går från det tätare skiktet mot det tunnare. Vid den motsatta strålningsriktningen gäller naturligtvis det omvända, det vill säga att ljusstrålen bryts mot normalen vid övergång till det tätare skiktet.
Bortser man från vad som kan förekomma i den lägsta delen av atmosfären avtar luftens täthet med höjden. Detta ger upphov till en helt normal ljusbrytning, som dock inte är av sådan spektakulär natur som en hägring.
Man kan vid solens upp- och nedgång se hela solskivan när den i själva verket befinner sig under den fria horisonten. Strålgången är nämligen svagt krökt, vilket gör att de ljusstrålar som annars skulle passera över observatören når hens öga. Refraktionen uppgår i detta fall till en halv grad, vilket motsvarar solskivans vinkeldiameter.
Temperaturen avtar normalt med ca 0,65°C per 100 m i höjdled. Om förhållandena i marknära skikt är sådana att temperaturen avtar avsevärt mer än så eller om den istället tilltar med höjden, är ett nödvändigt men inte tillräckligt villkor för uppkomsten av en hägring uppfyllt.
Ett andra villkor är att temperaturskiktningen skall vara likartad över en längre sträcka. Sådana homogena förhållanden kan förekomma i ökentrakter, över havsytor eller över vidsträckta, plana snöytor.
Undre luftspegling över asfalt
Det onormalt kraftiga temperaturavtagandet ger upphov till en så kallad undre luftspegling. En sådan hägring, om än i obetydlig skala, kan iakttas över en soluppvärmd asfaltyta, där lufttemperaturen avtar starkt i de lägsta centimetrarna.
Varm och följaktligen mindre tät luft kommer då att befinna sig under den kallare och tätare. Detta resulterar i att en ljusstråle som utgår från ytan direkt mot observatörens öga inte når detta på grund av att den böjer av uppåt mot det kallare mediet.
Från en punkt på något hundratal meters avstånd kanske ingen ljusstråle från ytan når ögat. Det kan ibland ge ett intryck av att ytan är täckt med vatten, beroende på att det är himlen man ser spegla sig i det uppvärmda luftskiktet.
Ett avlägset föremål förefaller alltså att befinna sig lägre än det gör i verkligheten på grund av att ljusstrålen böjer av uppåt. Under den direkta men nedsänkta bilden kan iakttagaren ibland se en spegelbild, dvs. en upp- och nedvänd bild av föremålet. I detta fall är ljusstrålen från toppen så mycket kraftigare krökt än den från basen att den förefaller att komma från en lägre punkt.
Övre luftspegling över snö
Den vanligaste orsaken till hägring i våra trakter är markinversioner, vilket innebär att temperaturen tilltar med höjden. Man talar här om övre luftspegling, dvs. föremål förefaller befinna sig högre upp över horisonten än vad de i själva verket gör.
De starkaste inversionerna bildas genom att ytan, speciellt om den är snötäckt, avkyls genom utstrålning mot en molnfri himmel. Inströmmande luft som avkyls mot ett kallare underlag, tex. en sjöyta, kan också ge förutsättningar för att avlägsna föremål skall hägra. Är inversionen tillräckligt utpräglad kan även här en spegelbild uppkomma.
I extrema fall kan, enligt mätningar på den antarktiska shelfisen, en inversion bli så kraftig att det är ända upp till 30 grader varmare på hundra meters höjd. Täthetsavtagandet med höjden är då så kraftigt att föremål på endast några hundra meters avstånd hägrar. Det kan yttra sig i att ljusstrålarna från föremålet eller från snöytan är så krökta att de över huvud taget inte når fram till observatören, som istället tycker sig se en vit vägg.
En beskrivning av sådana spektakulära hägringsfenomen har getts av Gösta Liljequist i hans analys av de meteorologiska observationerna från den Norsk-Brittisk-Svenska expeditionen till Antarktis 1949-52.
Fyrkantig måne
I kustområden kan man ibland få kraftiga temperaturvariationer med höjden i samband med kylig luft närmast vattenytan och skikt med varmare luft högre upp. Detta kan bland annat gestalta sig i form av kraftig optisk deformation av månen vid uppgång och nedgång.
Till exempel iakttogs detta från östra Öland vid månens uppgång den 11 augusti 2022. Vid tillfället var det nära fullmåne och månen dessutom förhållandevis nära jorden, en så kallad "supermåne". Förutom den kraftiga deformationen till ett nästan fyrkantigt utseende var månljuset kraftigt rödfärgat närmast horisonten.
Liknande optiska fenomen kan iakttas vid soluppgång och solnedgång över hav, men då får man tänka på att skydda ögonen om solljuset är kraftigt.
Fata Morgana
Fata Morgana är ett uttryck som ibland används om spektakulära luftspeglingar som snabbt växlar form och utsträckning. Till exempel brukar det användas om hägringar som iakttas vid Messinasundet mellan Sicilien och det italienska fastlandet.