O olho vê ilusões de ótica em muitas situações diferentes. Podem ser vistas em situações quotidianas como movimento percebido num objeto estacionário. Todas estas ilusões são devidas à área visual do cérebro interpretar mal informação visual.
As células fotorreceptoras no olho são os bastonetes e cones. Estão localizados na retina. Existem aproximadamente 126 milhões de células bastonetes e cones que recolhem luz do ambiente. A entrada destas células é canalizada em aproximadamente um milhão de axónios de células ganglionares. Estes axónios constituem o nervo óptico. O nervo óptico transporta o sinal visual para o cérebro. Este funilamento de informação visual cria situação onde dados visuais podem ser enviados de volta à área visual do cérebro e mal interpretados na forma de ilusão de ótica.
O lobo occipital na parte posterior do cérebro constitui a área visual do cérebro. O lobo occipital esquerdo visualiza a metade direita do campo visual, e o lobo occipital direito visualiza a metade esquerda do campo visual. A combinação das imagens visuais permite-nos ter percepção de profundidade. Certos tipos de arranjos espaciais e certos tipos de movimento farão o cérebro interpretar mal a informação, criando ilusão de ótica.
Este tipo de ilusão lida com como o olho e sistema visual interpretam uma forma estacionária no ambiente. O melhor exemplo é a ilusão face/vaso. Esta ilusão de ótica contém dois perfis de face que se enfrentam. Os dois perfis criam o contorno de um vaso. Dependendo de qual das imagens a pessoa presta atenção, verá ou um vaso ou o perfil de duas faces. A área visual do cérebro precisa de trabalhar rapidamente para dar sentido à imagem que está a ver. No caso de ilusão figura/fundo, escolhe um objeto para focar, a figura, e o resto é o fundo. Em certas situações, isso pode ser alterado.
Existem tipos especiais de células visuais nos lobos occipitais que processam visão de objetos em movimento. Estas células podem sofrer adaptação sensorial. Um exemplo é a ilusão da cascata. Se uma pessoa vê uma imagem em movimento de uma cascata por vários minutos e depois vê imediatamente uma imagem estática da mesma cascata, a imagem da cascata parecerá mover-se para cima. Isto é porque as células visuais no lobo occipital se adaptaram ao movimento descendente. Para nos impedir de enjoar de movimento, outras células visuais devem contrabalançar esse movimento. Quando o movimento descendente parou, as células que trabalhavam para manter o equilíbrio serão enganadas. A sua adaptação neural fará com que vejam o objeto estacionário como movendo-se para cima.
A área visual do cérebro usa pistas de distância para dizer quão grande um objeto é. É por isso que sabemos que um carro ainda é grande quando está a 400 metros. O carro mediria aproximadamente 2,5 cm numa régua a essa distância se medido ao comprimento do braço. No entanto, a área visual do cérebro sabe que um carro é grande, e por isso amplifica a nossa percepção da imagem. Isto vê-se melhor ao pôr do sol. O sol está à mesma distância de 150 milhões de km do centro da terra enquanto move-se no nosso céu. Quando o sol está alto no céu à tarde, parece muito menor que quando está no horizonte ao nascer ou pôr do sol. Quando está no horizonte, o cérebro interpreta-o como estando longe, induzindo ampliação percebida. Quando está no céu, não há pistas de profundidade e assim não há ampliação percebida.