三星堆遺址位於中國四川省廣漢市南興鎮北，這裡有一條古河道叫「馬牧河」，河道北岸的地形像月牙，於是人們便給它起了個美麗的名字
「月亮灣」。河道兩岸，有3座突兀在成都平原上的黃土堆，三星堆因此得名。從20世紀30年代開始，三星堆考古歷時近70年。可是隨著考古的逐漸深入，人們發現不僅原本的謎團沒有解開，多年的研究反而又帶出了更多的謎團。
三星雄文化來自何方？三星堆的發現將古蜀地區的歷史推前到5000年前。這裡出土的數量龐大的青銅人像、動物，卻不歸屬於中原青銅器中的任何一類。而且這些青銅器上沒有留下一個文字，因而三星堆文化的來源也就無從查起。有人認為，三星堆出土的小而扁薄的磨製的斧、錛、鑿等石器和夾砂灰褐陶器、平底器等陶器，以及這些器具上的紋飾，說明其來源與岷江上遊的新石器文化有關。也有人認為，三星堆遺址出土的鳥頭把勺等器物與川東鄂西的史前文化或者山東的龍山文化有關。
一般認為，三星堆文化是土著文化與外來文化彼此融合的產物，是多種文化交互影響的結果，但這個「外來文化」究竟來自何方，卻一直是個懸而未決的問題。
居民族屬之謎？三星堆出土的青銅人像高鼻深目、顴骨突出、闊嘴大耳，耳朵上還有穿孔，不像中國人，倒像是西方人的形象。他們究竟屬於什麼民族？除了氏羌說，還有多數學者認為，三星堆與岷江上遊石棺葬文化頗有關係，因此，三星堆主體居民可能來自川西北及岷江上遊，族屬為氏羌系。
古國政權形態之謎？三星堆古國是一個附屬於中原王朝的部落軍事聯盟，還是一個相對獨立的已建立起統一王朝的早期國家呢？其宗教形態是自然崇拜、祖先崇拜還是神靈崇拜？或是兼而有之？一般認為，三星堆古國是高于氏族部落的、穩定的、相對獨立的早期國家，已建立起統一王朝。人們推測，古國的政體形式，或是以王權為主，或是以神權為主，也可能是神權與王權結合的「政教合一」的政體。
宗教形態之謎？多數人認為，三星堆原始宗教崇拜是一個複雜的系統，既有自然崇拜，又有祖先崇拜，更有神靈（包括泛神及主神崇拜）。專家通過對這些祭祀品的分析認為，三星堆古國的祭祀方式可能是多樣的，已產生了許多的神靈，並代表不同的宗教崇拜對象，反映出複雜的信仰觀念，並且已經具有了一個比較完整的神靈系統，形成了一個具有天神（太陽神）、地（社、山）和人鬼（王國的始祖神、先公先王、組成王國的各族群的祖先）的三層神靈結構。
青銅冶煉之謎？三星堆出土的眾多青銅器可謂技藝精湛，而且材料中不存在鋅。具有化學常識的人都知道，鋅通常和鉛伴生的，這些青銅器中的鉛和鋅是怎樣分離的？三星堆的治煉技術來自何方？是獨自產生發展起來的，還是受中原文化、荊楚文化或西亞、南亞等外來文化影響的產物？對此，許多專家有不同的猜測。有人認為是本地獨自產生和發展起來的；有人認為是受周邊鄰國，尤其是中原文化影響面產生的；有人認為主要是受荊楚文化影響；有人認為，三星堆青銅器頗受西亞、南亞等地的外來因素的影響；更多的學者認為，三星堆青銅器群的產生因素，有中原文化及其他地區文化的影響，但更主要的還是屬於自身發展，即本地因素。
古國產生與消亡之謎？三星堆古國的繁榮持續了1500多年，然後又像它的出現一樣突然地消失了。歷史再一次銜接上時，中間已經出現了2000多年的神秘空白。
一般都認為，三星堆古國有一個發展壯大，再由盛轉衰的過程，立國時間在千年以上，與傳說中的幾代蜀王均有關係。關於古國的滅亡，人們假想了種種原因，但都證據不足，始終停留在假設上。主要有以下幾種說法。
水患說。三星堆遺址北臨鴨子河，馬牧河從城中穿過，因此有學者認為是洪水肆虐的結果。但考古學家並未在遺址中發現洪水留下的沉積層。
戰爭說。遺址中發現的器具大多被事先破壞或燒焦，似乎印證了這一解釋。但後來人們發現，這些器具的年代相差數百年。
遷徙之說無需太多考證，但它實際上仍沒有回答根本問題人們為什麼要遷徒？
成都平原物產豐富，土壤肥沃，氣候溫和，用災難說解釋似乎難以自圓其說。那麼，三星堆消失在歷史長河的真正原因究竟是什麼呢？
「巴蜀圖語」之謎？三星堆出土的金杖等器物上刻有許多神秘的符號，被稱為「巴蜀圖語」，這些符號是文字還是族徽？是圖畫還是某種宗教符號？一個民族必備的文明要素，三星堆都已具備，只缺文字。學者們對此的爭論已有些歷史，《蜀王本紀》認為古蜀人「不曉文字，未有禮樂」，《華陽國志》則說蜀人「多斑彩文章」。可以說，如果解開「巴蜀圖語」之謎，將極大促進三星堆之謎的破解。
考古學家在祭祀坑中發現了一件價值連城的瑰寶一一世界上最早的金杖。考古學者普遍認同這個金杖就是古蜀國的權杖，但金杖上所刻的魚和箭頭等圖案，卻引起了一場爭論。這些圖案究竟只是裝飾圖案呢，還是某種古文字，研究者們意見不一。有的認為那就是古蜀國的文字，而且已經開始試圖破譯，而另一些專家則認為這些刻畫符號只是單個存在，不能表達語言。
三星堆給我們留下了眾多難解之謎，我們期待有一天科學家們能揭開它的真面目。