幻日现象之所以难得是因为它需要同时集齐寒冷天气、薄卷云层、约为22°的折射角度以及恰到好处的观看角度等多个方面的条件才有机会看到。幻日属于大气光学现象，这种自然现象在中国古时候曾一度被认为不祥之兆。在《淮南子》一书中曾有过这样的记载：“尧时十日并出，草木皆枯。”以现在的认知来看，天上是不可能同时出现十个真的太阳的。而《淮南子》这本书中所提到的“十日并出”现象其实是指幻日现象。
天空中之所以会出现幻日现象是由多个方面的因素共同促成的。首先幻日现象大都出现在寒冷天，同时它的出现时间大都集中在早晨五点半、上午九点以及傍晚时分。之所以如此，是因为这些天气以及时间的太阳光比较弱，所以更容易完成折射，同时也容易观察到幻日现象。再有就是天空不能太干净，需要有透光率好的薄卷云存在。因为卷云的存在有利于形成六角冰晶，而这冰晶是折射太阳光的必要条件之一。
卷云中存有的六角冰晶在靠近太阳附近时会对太阳光进行折射，太阳光在其折射之下会形成一圈日晕。如果这些冰晶在下沉过程中正好呈现竖直排列，那么它们所折射出来的太阳光便会沿水平方面朝左右两边各自呈22°左右。左右两道折射光线，再加上中间那道由太阳直接射出来的光线会同时反馈给人的眼睛，继而使人看到空中同时出现三个太阳的假象。这就是幻日现象的形成原理。
幻日现象的形成条件本就比较苛刻，而它出现之后也并不是每个人都能够观察到。想要顺利观察到幻日现象，需要观察者与太阳以及冰晶正好处于合适的角度之下。但凡有些偏差，人的眼睛便无法顺利捕捉到幻日现象。除此之外，幻日现象的存在时长也是长短不一。有的幻日现象只会持续几分钟，但是有的幻日现象的持续时长则长达几十分钟。也正是因为形成条件苛刻且又不易观测到，所以才会显得幻日现象十分难得。
不过早前北京曾经出现过一次幻日现象，当时也是引发了不少关注。除了北京之外，内蒙古、长春以及漠河等地也曾出现过幻日。其中于20年10月15日发生在漠河的幻日现象持续了大约三个小时的时间。