1、经科学家们实地考察后认为：月牙泉本是党河河湾，并非孤立的湖泊。由于党河改道，残留的河湾脱离了现在的党河，才成为一个单独的水体。它之所以能在强烈的太阳蒸发下而不干涸，是因为丰富的党河地下潜流源源不断地补充到泉内，尽管沙漠中蒸发如同抽水一样，但其水量仍能保持动态平衡。又由于月牙泉夹在两座沙山中间，沙山相对高度在100米以上，最高处达170米，南山北坡凸出，北山南坡凹进，由此决定了泉的月牙形状。
2、泉区风的运动也很奇特：如泉外刮西北风，风从谷口进入泉区后，由于特殊地形的影响，风被加速并分成东南北三股，沿着泉水域四周的山坡作离心上旋运动，把山坡下的流沙往上刮，抛向山峰另一坡面，刮其他风向时也是如此，所以月牙泉不会被流沙填没，也不会像沙漠中的其他河流和湖泊一样漂移不定。