Фа́та-морга́на — редкая и сложная форма миража. При этом оптическом явлении в атмосфере над горизонтом видны различные изображения предметов, лежащих за ним. Возникающие образы и картины меняются, будто кадры в кино, и сильно искажены.
Фата-моргана возникает, когда в нижних слоях атмосферы из-за разницы температур образуется несколько чередующихся слоёв воздуха различной плотности. Они способны давать зеркальные отражения. И именно в результате отражения (а также преломления) лучей реально существующие объекты дают на горизонте или над ним по нескольку искажённых изображений. Они частично накладываются друг на друга и быстро сменяются одно другим. Так как слои воздуха отражают реальные объекты, которые находятся за линией горизонта, то при фата-моргане можно буквально заглянуть за горизонт.
Эти миражи получили название в честь героини бретонского эпоса, которую звали Фата Моргана (с итальянского — «фея Моргана»). По легенде, её любовь была отвергнута, с горя Фата Моргана поселилась в хрустальном дворце на морском дне и стала обманывать моряков призрачными видениями.
В некоторых странах, например, в Италии и Египте, мираж так и называется: фата-моргана.