Le phénomène des illusions peut nous être utile dans la compréhension de la perception en offrant des indications sur les modalités – notamment temporelles – d’un échec perceptif. Alors que les hallucinations se définissent comme des perceptions fausses nées de l’absence de stimulations, voire induites par des drogues ou soumises à d’autres influences, les illusions, elles, se caractérisent en ceci qu’elles sont des mauvaises interprétations des stimuli constamment expérimentés. L’illusion de l’horizon, par exemple, qui fait que l’on perçoit la Lune comme un astre plus grand à l’horizon qu’au zénith, cette illusion fut discutée durant l’Antiquité ; elle est toujours un sujet d’étude. Les illusions montrent la complexité de la perception visuelle, mais il n’y a pas de théorie satisfaisante pour beaucoup de ces illusions, ou même de raisons qui justifieraient leurs existences. Elles peuvent être répertoriées, classées ; et effectivement, elles déterminent des applications pratiques. Les illusions ne sont pas plus trompeuses qu’autre chose : il y a illusion au sens technique quand vous prenez une mesure physique, que vous comparez cela à votre jugement perceptif et que vous constatez une divergence entre les résultats des deux phénomènes. Il y a différents types d’illusion visuelle dont on peut dire qu’elles sont des artefacts caractéristiques du système visuel, donnant par ailleurs des indications sur les processus sous-jacents. Une longue liste des illusions d’optique fait la preuve de certains de ces mécanismes. Nombre d’entre elles relèvent d’effets dimensionnels et/ou d’effets de premier-plan / arrière-plan qui résultent d’une erreur d’estimation ou d’une comparaison erronée des distances ou des objets. Les illusions relèvent également du contraste de la lumière et de l’ambiguïté que cela génère. Une image dessinée sur un arrière-plan plat constitue une tentative délibérée d’illusion afin de tromper le regard dans sa perception de la scène tridimensionnelle, l’habileté à percevoir la profondeur et la perspective dans une peinture résultant d’un apprentissage, d’une acquisition, et non innée. Parce que la rétine est bidimensionnelle, le regard doit opérer quelque chose de similaire dans son fonctionnement normal ; cela s’avère très efficace. L’adaptation, lorsque l’éclairage ambiant devient le plus blanc possible, et la constance de la couleur, quand les couleurs sont interprétées de manière identique sous différentes conditions d’éclairage, ne sont pas des illusions mais des propriétés fondamentales et utiles du sens de la couleur.

Depuis la sensation, la réception de la stimulation de l’environnement et l’encodage initial dans le système nerveux jusqu’à la perception, les processus cognitifs par lesquels nous interprétons les messages que ces capteurs fournissent, il y a une tendance humaine cognitive à construire une perception sensée des fragments de l’information sensorielle pour rassembler les objets selon des structures complètes bien organisées plutôt que de parties isolées. Ce regroupement de caractéristiques dans les ensembles perceptifs se base sur des règles comme la proximité, la similarité, la continuation, l’arrêt ou l’orientation du sort commun. Les illusions cognitives ou les illusions de connaissance sont analogues aux illusions d’optique avec une divergence systématique entre une réponse jugée et une réponse correctement mesurée. Les individus sont aussi bien sujets à des erreurs très persistantes qu’ils sont prévisibles pour ce qui concerne leur jugement. Ces erreurs de la raison ne sont pas dues à une absence d’expertise ou d’intelligence : elles proviennent des mécanismes fondamentaux qui déterminent notre traitement de l’information.