도깨비불은 밤중에 묘지나 습지, 숲속 등지에서 정체불명의 불빛이 나타나는 현상을 일컫는다. 주로 푸르스름하거나 창백한 색을 띠며, 공중에 떠 있거나 불규칙하게 움직이는 것이 특징이다. 동양에서는 도깨비가 내뿜는 불 혹은 망자의 넋이라 하여 도깨비불이라 불렀으며, 서양에서는 '윌 오 더 위스프(Will-o'-the-wisp)'나 '이그니스 파투우스(Ignis fatuus)'라는 이름으로 알려져 다양한 전설의 소재가 되었다.

가장 대표적인 과학적 가설은 유기물의 부패 과정에서 발생하는 인화수소(PH₃) 가스의 자연 발화 현상이다. 동물의 사체나 식물이 썩으면서 인 성분이 포함된 가스가 발생하는데, 이 가스는 발화점이 매우 낮아 상온에서도 공기와 접촉하면 스스로 불이 붙을 수 있다. 이때 발생하는 불꽃은 온도가 낮고 빛의 강도가 약해 어두운 밤에만 관찰되며, 대류 현상에 의해 공기의 흐름을 따라 움직이기 때문에 마치 살아있는 존재가 이동하는 것처럼 보이게 된다.

늪지나 습지에서 발생하는 메탄가스 역시 도깨비불 현상의 주요 원인으로 지목된다. 유기물이 미생물에 의해 분해되면서 생성된 메탄가스가 지표면 밖으로 분출될 때, 정전기나 미세한 마찰에 의해 점화되면서 일시적인 불꽃을 형성할 수 있다. 또한 지각 내의 압력 변화로 인해 암석 내 수정 성분이 전기를 발생하는 피조 전기(Piezoelectricity) 현상이 공기 중의 가스를 이온화하여 빛을 낸다는 지질학적 가설도 존재한다.

생물학적 요인에 의한 오인 가능성도 크다. 반딧불이의 집단 발광이나 썩은 나무에서 서식하는 발광 버섯의 인광이 어두운 환경에서 도깨비불로 착각될 수 있다. 특히 사람의 눈은 어둠 속에서 고정된 불빛을 응시할 때 불빛이 움직이는 것처럼 느끼는 자동 운동 현상을 일으키기 쉬우며, 이는 심리적인 공포와 결합하여 정적인 빛을 역동적인 도깨비불로 인식하게 만드는 원인이 된다.

현대 사회에서는 도시화로 인해 자연적인 도깨비불 목격 사례가 급격히 줄어들었으나, 대신 인공적인 불빛에 의한 착시 현상이 그 자리를 대신하고 있다. 멀리 떨어진 자동차의 전조등이나 민가의 불빛이 안개나 지표면의 온도 차로 인해 굴절되면서 비정상적인 위치에서 보이는 신기루 현상이 도깨비불로 보고되기도 한다. 이처럼 도깨비불은 과거의 미신적 공포에서 벗어나 화학 가스의 연소, 생물 발광, 광학적 착시 등이 결합된 복합적인 자연 현상으로 규명되고 있다.