Elles sont très nombreuses. Des figures géométriques donnent lieu à des erreurs d'estimation de dimensions, de courbures, de directions... Ces illusions ne sont pas influencées par le raisonnement : le fait de savoir qu'il s'agit d'une illusion ne nous empêche pas de percevoir des déformations.

Il y a pour la plupart de ces illusions un élément entraînant la déformation dit "inducteur" et un élément subissant la déformation dit élément "test". 

Dans cette illusion d'Edward Titchener, le rond jaune central de gauche semble plus petit que celui de droite. En réalité ils ont la même taille.

Ces ronds jaunes sont associés aux éléments qui les entourent. Ici, on observe un élément test entouré d’éléments inducteurs de taille supérieure. Il parait alors plus petit que lorsqu’il est entouré d’éléments inducteurs de taille inférieure.

Si les éléments inducteurs sont retirés, les éléments test sont alors perçus de la même taille.

Le premier segment semble le plus petit des trois, le deuxième segment semble le plus grand des trois.

Ces trois segments sont pourtant de même taille.

La différence de taille apparente provient du sens des flèches. Les flèches sont les éléments inducteurs et les segments sont les éléments test.

De la même manière, pour les effets d'angle, un élément inducteur provoque une déformation de l'élément test, plus qu'une méprise de taille.

Les lignes horizontales sont parfaitement parallèles les unes aux autres. Cela n'empêche pas les traits obliques qui les coupent de nous faire croire que les lignes horizontales sont plus ou moins convergentes. Cet exemple de distorsion du parallélisme fut décrit par Johann Zöllner et porte depuis son nom. 

Un café de la ville anglaise de Bristol avait recouvert sa façade de carreaux de faïence noirs et blancs de telle manière qu'il en résulta une illusion d'optique (involontaire). Comme l'illusion précédente, cette illusion du "mur de Café" provoque une distorsion des lignes parallèles. Elle fut décrite pour la première fois par le britannique Richard Gregory.

L'illusion d'Hering fait paraître courbées vers l'extérieur les deux droites rouges pourtant parallèles ; l'illusion de Wundt produit l'effet inverse, les faisant paraître courbées vers l'intérieur. Ces deux illusions reposent sur le même principe : l'arrière-plan produit un effet de perspective.

Une ligne verticale paraît plus longue qu'une ligne horizontale de même longueur, car les yeux bougent plus rapidement horizontalement que verticalement (les mouvements verticaux sont plus complexes et nécessitent l'action de 4 des 6 muscles oculomoteurs).

Un espace qui est divisé ou occupé par de nombreux éléments peut sembler plus grand qu'un espace vide.

La distance entre A et B semble plus grande que la distance entre B et C, pourtant les deux longueurs sont identiques.

Une forme paraissant plus éloignée qu'une autre semble plus grande.

Ici, les deux figurines sont de même taille. C'est l'arrière-plan qui produit l'effet de perspective et entraîne une impression d'éloignement.

L'arc de cercle le plus court paraît avoir une courbure moins importante que les arcs de cercle plus longs.

En réalité, ces trois arcs de cercle ne se distinguent que par leur longueur, leur courbure étant strictement identique.

Dans le cas des illusions subjectives, l'observateur visualise une forme qui ne figure pas dans le dessin.

Le cerveau tend à vouloir donner un sens, une cohérence à des éléments qu'il estime ne pas être placés par hasard.

Il prolonge inconsciemment les segments afin d'obtenir une image d'un objet qui se détache du fond.

Dans l'illusion de Vallois, les damiers de couleurs vives illustrent le principe de l'assimilation des couleurs.

En haut à gauche, au centre du dessin, les carrés rouges apparaissent orange. C'est une question de contexte (jaune + rouge = orange) De même à droite, les carrés rouges semblent magenta (rouge + bleu = magenta) et ainsi de suite.

On peut dans la nature être confronté à des illusions d'optique.

Les plus connues sont les mirages qui nous troublent dans des circonstances bien particulières. 

Mais de façon plus banale le fait que la Lune paraisse immense lorsqu'elle se lève est aussi un phénomène d'illusion d'optique.

Pour comprendre le phénomène des  mirages, il nous faut nous intéresser aux lois de propagation de la lumière.

La lumière est une onde électromagnétique. Elle se propage de manière rectiligne à une vitesse constante de 300 000 km/s dans le vide et dans les milieux homogènes isotropes.

La lumière ne se propage de façon rectiligne dans un milieux transparent que s'il est homogène.  Selon le milieu transparent traversé, la vitesse de la lumière sera différente. Elle  est alors définie par :

v = c / n

Avec:

v, la vitesse de propagation de la lumière ; c, constante (300 000 km/s) et n, l’indice de réfraction du milieu

n caractérise la capacité d'un milieu à ralentir et à dévier les rayons lumineux et est influencé par la densité de ce milieu et donc par sa température.

Plus l’indice de réfraction est important, plus la propagation de la lumière dans le milieu correspondant est lente. Plus la température est chaude, plus l’indice de réfraction est réduit et plus la vitesse de propagation de la lumière est rapide.

Dans l’eau n= 1.33, dans le verre n = 1.5 et dans l’air n ≈  1.

Les lois de Snell-Descartes présentent le comportement des rayons lumineux lorsqu’ils changent de milieu :

Les rayons lumineux se propageant dans le nouveau milieu subissent une déviation. C’est la réfraction.

L’angle de réfraction peut être calculé par la relation :

n1sin(i) = n2sin(r)

Notre expérience consistait à courber un rayon laser dans un aquarium. Les deux milieux choisis pour provoquer le phénomène de réfraction attendu étaient : de l'eau peu salée, au dessus et de l'eau très salée, au fond. 

Il fallait également ajouter un ingrédient pour visualiser nettement le rayon laser. Nous avons essayé avec du lait puis du talc, mais qui n'ont pas eu l'effet escompté. 

Nous avons déjà tous remarqué comme la lune nous semble énorme lorsqu'elle est à l'horizon. 

Il est pourtant évident que la lune n'est pas plus proche de nous lorsqu'elle se lève : elle est toujours à plus de 300 000 km de la Terre. C'est la présence de l'horizon près de la Lune qui la fait paraître plus grosse. 

Pour le prouver il suffit de faire un trou dans une feuille de papier et d'y regarder la lune se lever tout en dissimulant la ligne d'horizon. La Lune nous paraît alors plus petite ! Et plus encore : si l'on ouvre l'autre oeil (celui qui peut voir la ligne d'horizon) les deux yeux vont contempler une lune de taille différente.

Les illusions de mouvement trompent le système visuel d’une façon déroutante.

Devant une image fixe, ces illusions nous font percevoir une image mobile. Elles sont le résultat d’une association entre illusions optico-géométriques et illusions de couleurs.

Plusieurs facteurs peuvent être la cause de cette mise en mouvement d'éléments fixes. 

- les caractéristiques des photorécepteurs rétiniens : les images perçues s'impriment entre 0.06 et 0.1 seconde sur la rétine. Au delà de 18 images visualisées par seconde, les images isolées cessent d'être perçues comme telles et se fondent pour créer une impression de mouvement. 

- la fatigue des muscles oculomoteurs : ils ne permettant pas de fixer quelque chose pendant longtemps, créant ainsi une sorte de superposition et de décalage sur la rétine d'images différentes. Les muscles ne pouvant maintenir l’œil dans cette position, ils se relâchent peu à peu et leurs mouvements plus faibles peuvent être à l'origine d'illusions .  

- les contrastes de couleurs et de clarté : la direction d'un mouvement (le sens dans lequel un objet tourne, par exemple) est déterminé par l'ordre dans lequel sont placés les niveaux de luminance et des objets perçus. 

 - certaines formes géométriques peuvent aussi  induire le cerveau en erreur.

- enfin l'obscurité peut également faciliter les illusions de mouvement, étant donné que l’œil ressent plus de difficultés à percevoir le monde qui l’entoure et à se concentrer sur un point fixe.