Сложного вида миражи, или фата-моргана, возникают, когда одновременно есть условия для появления как верхнего, так и нижнего миража, например при значительной температурной инверсии на некоторой высоте над относительно теплым морем. Плотность воздуха с высотой сначала увеличивается (температура воздуха понижается), а затем также быстро уменьшается (температура воздуха повышается). При таком распределении плотности воздуха состояние атмосферы весьма неустойчивое и подвержено внезапным изменениям. Поэтому вид миража меняется на глазах. Самые обыкновенные скалы и дома вследствие многократных искажений и увеличения на глазах превращаются в чудесные замки феи Морганы. Фата-моргана наблюдается у берегов Италии, Сицилии. Но она может возникнуть и в высоких широтах. Вот как описал виденную им в Нижнеколымске фата-моргану известный исследователь Сибири Ф. П. Врангель: „Действие горизонтальной рефракции произвело род фата-морганы. Горы, лежащие к югу, казались нам в разных искаженных видах и висящими в воздухе. Дальние горы представлялись опрокинутыми вниз вершинами. Река сузилась до того, что противоположный берег казался находящимся почти у наших изб".

На вкладке приведена фотография фата-морганы, которую наблюдали 15 мая 1984 г. на побережье пролива Лонга (полуостров Чукотка). Фата-моргана занимала большое пространство по горизонту. На снимке — только часть панорамы миража. Метеорологические условия в этот день были благоприятными для возникновения сложного миража. Почти полное безветрие. От поверхности Земли до высоты 200 м — сильная температурная инверсия с перепадом температур в 14° С, выше до 500 м — изотермический слой, еще выше до 800 м — слабая инверсия и далее до 2 км — падение температуры с градиентом 0,6° С/100 м. Температура поверхности снега была —9° С, а в 16 км от берега — открытая вода. Это создавало значительные горизонтальные градиенты температуры, также способствовавшие появлению сложного миража.