超折射发生在温度递减比
标准大气慢得多，而湿度递减比标准大气快得多的情形。一般出现在由
逆温或湿度随高度迅速递减的场合。
当射线仰角为0°时，形成超折射的条件是折射率的垂直梯度小于 - 1.57 x 10-7m-1，这只有在温度梯度为正且大于一定数值，或
水汽压梯度为负且小于一定数值时才能满足条件。对流层中当有出现
逆温层或高空水汽急剧减小时，才有可能形成超折射。在
电离层的中下层，因为电子波度随高度增加，折射率随高度减小，致使无线电波折返地面而出现超折射现象。
超折射回波是指当
低层大气中平均折射率的垂直递减率大于1.5 x 10-6m-1时，因雷达波束向下弯曲而接收到的远处大面积
地物回波。造成折射率垂直递减率大的原因，主要是低层大气中存在着逆温或很大的湿度递减率。因此超折射回波常出现在夜晚或雨后，是
大气层结极为稳定的标志。