敦煌的月牙湖的形成是一個複雜的地質現象，主要歸因於以下幾種機制：
古代河流遺留。一部分觀點認為月牙湖是古代流經此地的河流殘餘，這些河道後來被風沙掩埋，而月牙湖地區地勢較低，河水在此聚集形成了湖泊。
地下水的補給。月牙湖的形成與地下水有著密切的聯繫，地下水的補給維持了湖泊的存在。地質專家認為，月牙湖位於黨河洪積扇和西水溝洪積扇兩個扇間窪地的中心地帶，通過黨河補給的地下水徑流為其提供水源。低窪的地形條件和較高區域地下水位溢出地表，是月牙湖形成的關鍵因素。
風蝕作用。風蝕作用也在月牙湖的形成中扮演了重要角色。在長期的風蝕作用下，地面形成了大小不等的風蝕窪地，這些窪地積水而成湖。月牙湖就是這種風蝕湖的典型例子，其形成於沙丘間的窪地，當風蝕作用達到一定深度，窪地低於潛水面時，便形成了湖泊。
此外，還有一些關於月牙湖的神話傳說，例如與唐僧和觀音菩薩相關的故事，這些傳說雖然豐富了月牙湖的文化內涵，但並不涉及湖泊的形成機制。綜上所述，月牙湖的形成是多因素共同作用的結果，包括古代河流的遺留、地下水的補給以及風蝕作用等地質過程。