สาเหตุที่คนเราเห็นภาพลวงตานั้นมาจากวิวัฒนาการของสมองด้านการประมวลผลภาพ หากสมองใช้เวลานานมากเกินไปในการประมวลผลภาพอาจจะทำให้เกิดผลเสียขึ้นได้ เช่น ถ้าเราขับรถอยู่และสมองต้องประมวลผลทุกสิ่งทุกอย่างที่เห็นทุก ๆ ครั้ง กว่าจะรับรู้ว่ามันคืออะไรและควรทำอย่างไร ก็คงจะขับรถชนมันไปก่อนแล้ว สมองจึงต้องใช้วิธีลัดทุกวิธีที่จะได้ผลลัพธ์ออกมาให้เร็วที่สุด มันจึงเชื่อมโยงสิ่งที่เห็นเข้ากับสมมติฐานจากประสบการณ์ประกอบเป็นสิ่งที่เรารับรู้

สาเหตุของการเกิดภาพลวงตาสามารถแบ่งออกได้ดังนี้

1. เกิดจากความสามารถในการกวาดสายตาในแนวดิ่งและแนวราบไม่เท่ากัน
2. เกิดจากตา 2 ข้าง ส่งข้อมูลที่แตกต่างกันไปยังสมอง
3. เกิดจากการเติมสิ่งหนึ่งสิ่งใด (Embeddedness)
4. เกิดจากการเกิดมุมหรือ การตัดกันของเส้น (Angle of Intersection Lines)
5. เกิดจากการเปรียบเทียบ หรือขนาดสัมพัทธ์ (Relative Size)
6. เกิดจากสิ่งแวดล้อม
7. เกิดจากการมองภาพด้วยนัยน์ตาทั้งสองข้าง
8. เกิดจากเซลล์ประสาทตามีขีดจำกัดในการรับรู้
9. เกิดจากสมบัติของแสง เช่น ภาพลวงตาที่เกิดจากการสะท้อนของแสง ทำให้ภาพมีขนาดใหญ่กว่าวัตถุของจริง