第一種說法是古河道殘留湖，月牙泉是附近黨河的一段古河道，很久以前，黨河改道，大部分古河道被流沙淹沒，僅月牙泉一段地勢較低，由於地下潛流出露，彙集成湖，湖水不斷得到地下潛流的補給，因而從不枯竭。

第二種說法是斷層滲泉，即月牙泉南側有一東西向的斷層，斷層上盤抬高了地下含水層，下盤降到附近潛水面時，潛流湧出形成月牙泉。

第三種，風蝕湖，即原始風蝕窪地隨風蝕作用的加劇，當達到潛水面深度時，在新月形沙丘內灣形成泉湖。由於環繞月牙泉的沙山南北高，中間低，自東吹進環山窪地風會向上方走，風力作用下的沙子總是沿山樑和沙面向上卷，因而沙子不會刮到泉裡，沙山也總保持似脊似刃的形狀，這才形成沙泉共存的大漠奇景。

形成主要原因是有地下水形成的泉眼，水位有下降是因為敦煌在發展農業的時候，農村大量打了機井灌溉，導致地下水位下降，目前還沒吞噬的原因是因為泉周圍三面環山，風會在三山中間旋起。沒有什麼U型管，人工湖只是為了增加地下水的。

不是（雖有風力的作用。但不是主因）。

透過大量的調查和分析研究認為,月牙泉的形成主要取決於月牙泉所處的地質結構,低窪的地形條件和區域性地下水位較高三個方面的因素。第四紀以來,由於構造的上升和沉降運動,使黨河和西水溝不斷形成和發育,並使南部山區大量的碎屑物質源源不斷地被搬運到盆地中沉積下來。據目前已有鑽孔資料揭露,敦煌盆地第四紀鬆散堆積物的厚度多大於300m,在泉域區,380m深度內均為第四系鬆散堆積物;據美國EH一4電導率成像系統技術資料反映,月牙泉一帶,第四系厚度最小為650m左右,泉域大厚度的第四系鬆散堆積物,奠定了月牙泉下部較為單一的、鬆散的地質結構,這種地質結構為泉域地下水的貯存和運移提供了有利的空間條件。除了地質結構以外,低窪的地形條件是月牙泉形成的又一個重要因素。月牙泉窪地的形成一方面與月牙泉所處的古地理環境有關,另一方面區內風力地質作用也起了一定的作用。第四紀以來,敦煌盆地鬆散物質的堆積物基本是以沙棗園和西水溝為中心,由南向北呈現出輻射狀擴散,並形成了了以沙棗園和西水溝兩地為軸心的沉積區域,隨著沉積物的堆積由薄不斷增厚,最後形成了所見到的黨河和西水溝兩個規模一大一小的扇形地形。兩大沖洪積扇的地形特點是,扇頂及軸部地形較高,向邊緣地面逐漸降低並趨於平緩,黨河衝洪積扇和西水溝衝洪積扇所處位置分別位於月牙泉的東西兩側,隨著兩個衝洪積扇沉積物的不斷擴充套件和堆積,使兩扇體相鄰的兩個邊角逐漸靠攏並形成對接,由於沉積物的堆積主要分佈在水流流線輻射範圍之內而輻射區外圍,特別是扇間窪地一般很難接受到大量的沉積物,或只能接受少量的細顆粒的堆積物,這種物質地域上堆積的不平衡性,又直接控制著地形的高低和起伏。在兩扇對接的內邊和月牙泉南部斷層為邊界的三角形區域內,屬於黨河水流和西水溝水流流線輻射區域之外,基本上為沉積物難以進入的死角區,在外部不斷接受沉積和地形逐漸增高的同時,而該三角形區域內則成為相對的低窪地形,該窪地的形成為月牙泉的發育提供了有利的地形條件,第四紀全新世中後期,區內氣候逐漸趨於乾旱,風積、風蝕作用加強。風積作用使月牙泉南部及其周邊堆積了大量的鬆散的風積砂層,地貌上形成了一向南部彎曲的弧形沙丘。風蝕作用使沙丘內灣部分的窪地不斷加深,在古地理環境的基礎上,經過風積、風蝕等綜合作用的改造,便形成了鳴沙山和月牙泉這一美麗奇特的現代地貌景觀。月牙泉下部的地質結構和窪地的形成,構成了泉域地下水貯存的空間和低窪的地形條件,而區域性地下水位較高才是月牙泉形成的重要因素,缺少這一條件月牙泉不可能形成,失去這一條件也將失去月牙泉。從水文地質條件來看,月牙泉周邊除東部有一開口外,其它三方均被沙山所包圍,儘管現代風沙的堆積使西部和北部構成了泉域與外圍衝洪積平原的地表分水嶺,但由於現代風沙下部均為數百米厚的第四系鬆散堆積物,泉域地下水與外圍平原區地下水仍然形成了一種天然的補、徑、排關係和水力聯絡(圖1),其補給和排洩始終保持著一種動態平衡,根據水動力場,水化學場等方面的資料分析,泉域地下水主要來源於西北部衝洪積平原區地下水的補給,在大型水利工程修建和地下水大量開採之前,敦煌盆地區域地下水位普遍較高,四十年代末期,當時敦煌城區及其南部地區,其地下水約高出2008年水位10米左右,在這種較高水位的條件下,西北部平原區地下水透過地下徑流進入泉域後,在地形較低的窪地溢位地表,即形成了月牙泉,可以說較高的區域性地下水位是月牙泉形成的重要條件,亦是月牙泉保持數千年長期不幹涸的基本保證。綜上所述,月牙泉是在具備鬆散的地質結構,低窪的地形條件和區域性地下水位較高的條件下形成的,而構造運動、流水及風力地質作用是月牙泉形成的內在和外在動力條件。

對於月牙泉的形成曾有上升泉、斷層泉、風成湖、裂隙泉、地下水溢位、古河道殘留等說法，但由於缺乏資料和專門性研究，上述的泉水形成原因只是推斷。

1997年開始，甘肅地質災害防治工程勘查設計院地質專家經過五年多時間實地調查與研究，認為處於黨河洪積扇和西水溝積扇扇間窪地的月牙泉，是低窪地形條件和較高區域地下水位溢位地表所形成的。黨河是流經敦煌盆地的唯一河流，也是敦煌盆地地下水的主要補給源，在天然狀態下，區內地下水的水位在空間上的分佈普遍較高，在這種高水位的條件下，西北部平原區的地下水透過地下水徑流，在地形較低的扇間窪地溢位，形成了月牙泉。