关于楼兰古城废弃原因，一直是中外学者探讨的科学问题。总的来说，楼兰古城的废弃，可能有多种原因。既有自然原因，也有人为原因。就自然原因而言，楼兰所在的塔里木盆地东端，地处内陆的荒漠地区，降雨极少，气候极为干旱，自然条件极为严酷，生态环境极为脆弱。在荒漠地区，没有水就没有生命。这里又多大风，每年春季，有连续数十天的大风天气，吹扬着弥天盖地的沙尘。塔里木河水的滋润灌溉，是古楼兰绿洲和古楼兰城生存的必不可少的条件。但塔里木河是一条流量极不稳定的河流。它既有洪水的年份，也有枯水的年份，造成这里的水资源极不稳定。因此，这里经济与社会发展潜伏着诸多不利因素。随着经济与社会的发展，上中游地区对水资源需求不断增加，水资源的空间分配发生变化。
公元4世纪期间，全球气候出现变冷的波动，导致塔里木河来水的波动和河道的变化。这些因素给古楼兰带来生态灾难。由于当时社会生产力低下，缺少抵御自然界不利变化的能力，缺少强有力措施保证水资源的稳定来源。在楼兰古城出土的汉代木简中，已有记载表明出现灌溉用水的不足。可以想像，在这种情况下，需要塔里木河水滋润的天然植被，受到水资源匮乏的影响，逐渐死去，而楼兰绿洲和楼兰古城缺少天然植被的保护，土地逐渐沙漠化，最后人们不得已舍此而去。近年来，由于塔里木河来水的逐渐减少，下游大片的天然胡杨林植被在枯死，土地沙漠化，严重威胁了从库尔勒到青海的公路以及一些农场的生存。楼兰古城的废弃告诉我们，虽然其所在区位很优越，但在生态环境极为严酷的自然条件下，对水资源缺乏强有力的管理，对生态环境缺少有力的保护措施，那么，经济和社会将不会有持续地发展，人类创造的物质文明，有可能毁于一旦。因此，在西北地区今后的发展中，加强对水资源的管理，合理进行水资源的空间分配，保护生态环境，是经济和社会可持续发展的基本保障。