徐福東渡一事，最早出現於司馬遷的《史記》。據《史記·秦始皇本紀》記載:秦始皇二十八年(公元前219年)，「齊人徐福等上書，言海中有三神山，名曰蓬萊、方丈、瀛洲，仙人居之。請得齋戒，與童男女求之，於是遣徐福發童男女數千人，入海求仙人。」秦始皇三十七年(公元前210年)，徐福再次求見秦始皇。因為九年前第一次入海求仙藥，花費了巨額錢財未果，這時徐福謊稱由於大魚阻攔所以未能成功，於是請求配備強弩射手再次出海。秦始皇便相信了徐福的謊言，第二次派徐福出海。徐福於是率「童男童女三千人」和「百工」，攜帶「五穀子種」，乘船泛海東渡，成為迄今有史記載的東渡第一人。對於徐福東渡，《史記·淮南衡山列傳》也有記載:「（秦始皇）遣振男女三千人，資之五穀種種百工而行。徐福得平原廣澤，止王不來。」
徐福東渡把秦代文明傳入日本，促進了日本社會質的飛躍。徐福因此在日本被尊為農耕神、蠶桑神和醫藥神，日本紀念徐福的祭祀活動歷千年而不衰。但是，自從司馬遷在《史記》中第一次記載徐福東渡活動以來，也把與徐福有關的疑謎留給了後人。
疑團之一，徐福東渡是否到達日本？關於徐福的目的地的問題，學術界大多數學者認為，徐福東渡確實到了日本，甚至有人提出，徐福到日本後建立了日本王朝，徐福就是神武天皇；也有學者對此一說法提出質疑。認為到了海南島或者是朝鮮，還有人提出到了美洲。
據《史記·淮南衡山列傳》中的記載:「徐福得平原廣澤，止王不來。」 可以推測徐福登陸地是一平原。日本是一個由三千多個小島組成的島國。本州、九州、四國與北海道是其中四個大島，總面積達到37.67萬平方公裡。全國有24%的面積為平原。較大的平原有關東平原、濃尾平原、畿內平原等。除日本列島外，其他島嶼沒有「平原廣澤」的地理特徵。
另外，徐福東渡日本，在後世的史書資料中也有記載。在《三國志·吳書·吳主傳》中也有記載:「長老傳言秦始皇遣方士徐福將童男女數千人入海，求蓬萊神山及仙藥，止此洲不還。」《後漢書》中，把徐福入海求仙事件附在倭國之後。五代時期義楚和尚所寫《義楚六貼》中提到:「日本亦名倭國，在東海中，秦時，徐福將五百童男，五百童女止此國。」 在日本學術界，也有不少史料記述徐福到日本的情況，有《神皇正統記》、《林羅山文集》、《異稱日本傳》、《同文通考》等文獻。林下見林在《異稱日本傳》中說:「夷洲、澶州皆日本。相傳紀伊國熊野之山下有徐福墓。熊野新宮東南有蓬萊山，山前有徐福祠。」新井君美在《同文通考》中說，「今熊野附近有地曰秦住，土人相傳為徐福居住之舊地。由此七八裡有徐福祠。其間古墳參差，相傳為其家臣之冢。如斯舊跡今猶相傳，且又有秦姓諸氏，則秦人之來往乃必然之事」。和歌山新宮町《秦徐福碑文》這樣描述:「今東海可當蓬萊者，無可舍皇國他求，則謂日本國，得其實也必矣。」
在日本民間，徐福被尊稱為農神、蠶桑神、醫藥神。還一些日本人認為自己是徐福的後裔，他們的根據是:在日語中，秦與羽田的發音相同。日本前首相羽田孜就稱自己是徐福的後裔。他說:「我是秦人的後裔，我的姓在很早以前寫作『秦』，我當首相時，考古學家和歷史學家對我的家族進行了調查，並在祖墓碑上發現了『秦』字。」
然而，有些學者認為，徐福東渡日本只是傳說。日本古文獻中載有徐福傳說者以《神皇正統記》(1339年)為最早，其他大約是十七八世紀的記載，因此他們推斷是受了宋元以來中國文獻的影響。在隋唐時期，日本與中國交往極為頻繁，但在文獻之中卻罕見「徐福」二字。又有學者認為，徐福東渡是歷史事實，但不是去了日本，而是美洲，因為徐福東渡的時間與美洲瑪雅文明的興起相吻合。臺灣前上海暨南大學教授、南京古物保存所所長衛聚賢在《中國人發現美洲》考證，美洲特產四十多種動植物礦產為先秦人民所知。如《春秋》記載「六□退飛過宋都」，「□」即美洲特有的「蜂鳥」。是殷朝被滅國後，部分殷人逃到北美後，回國觀光帶回六隻蜂鳥，齊桓公為紀念此次遠徵，特在旗上繪製「蜂鳥圖」。聚賢認為哥倫布在發現美洲之前，已有多位中國人到過美洲，故徐福後來東渡美洲很有可能。吳人《外國圖》指出「亶洲去琅琊萬裡」，根據距離分析根本不是日本，而是美洲。最早記述倭國的《後漢書》是把亶洲與日本區別開來的。「亶」字有大島的涵義，美洲大陸像「亶」字。故以字形命名。現在檀香山還遺有帶有中國篆書刻字的方形巖石，舊金山附近也有刻存中國篆文的古箭等文物出土，所有這些都是徐福東渡美洲的明證。
疑團之二，徐福東渡為何東渡？關於徐福東渡的原因，據《史記》所言，秦始皇不惜以巨資支持徐福東渡，是為了尋神山仙藥，求長生不死藥。《十洲記》也這樣記載:「秦始皇時，大宛中多枉死者橫道，數有鳥銜草，覆死人面皆登時活，有司奏聞始皇。始皇使使者齎此草，以問鬼谷先生，雲是東海中祖洲上不死之草，生瓊田中，一名養神芝。其葉似菰，生不叢，一株可活千人。始皇於是謂可索得，因遣徐福及童男童女各三千人，乘樓船入海，尋祖洲不返。」