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Un'"illusione ottica" è una qualsiasi illusione che inganna l'apparato visivo umano, facendogli percepire qualcosa che non è presente o facendogli percepire in modo scorretto qualcosa che è presente.

Le illusioni ottiche possono manifestarsi naturalmente o essere dimostrate da specifici trucchi visuali che mostrano particolari assunzioni del sistema percettivo umano.

In base al meccanismo che ne è causa quindi, si hanno tre categorie di illusioni:

• ottiche, quando sono causate da fenomeni puramente ottici e pertanto non dipendenti dalla fisiologia umana;
• percettive, in quanto generate dalla fisiologia dell'occhio. Un esempio sono le immagini postume che si possono vedere chiudendo gli occhi dopo avere fissato un'immagine molto contrastata e luminosa;
• cognitive, dovute all'interpretazione che il cervello da delle immagini. Un caso tipico sono le figure impossibili e i paradossi prospettici.

Un miraggio è un esempio di una illusione naturale che è un fenomeno ottico. La variazione nella dimensione apparente della Luna (più piccola quando è sopra la nostra testa, più grande quando è vicina allìorizzonte) è un'altra illusione naturale; non si tratta di un fenomeno ottico, ma piuttosto di un'illusione cognitiva o percettiva. Un altro curioso esempio di illusione percettiva in natura è la salita in discesa.

Illusioni scoperte o sviluppate comprendono il cubo di Necker e la griglia di Hermann. Comprendere questi fenomeni è utile allo scopo di comprendere le limitazioni del sistema visivo umano.