在有關土族族源問題上，學術界主要有吐谷渾說、陰山白韃靼說、蒙古人與霍爾人融合說、沙陀突厥說、多源混合說等等，至今尚無定論。

持“吐谷渾說”者認為，土族主要是鮮卑支系吐谷渾人的后裔。而吐谷渾，是遼東鮮卑慕容氏首領涉歸之子。涉歸分給他“部落一千七百家以隸之”(《晉書·吐谷渾傳》)。約公元283年(晉太康四年)，涉歸卒，吐谷渾庶弟嗣位。不久因吐谷渾與其庶弟 “二部馬斗”，發生矛盾，吐谷渾遂率部西遷，“西附陰山”(今內蒙古河套北之陰山)。吐谷渾于陰山一帶游牧了二十余年后，乘“永嘉之亂”(312-313年)，又率部“度隴而西”(同上)，到達今甘肅臨夏西北一帶。至317年(東晉建武元年)，吐谷渾已控制了東起洮水，西至白蘭(今青海都蘭縣巴隆一帶)，南抵昂城(今四川阿壩)、龍涸(今四川松潘)，北達青海湖一帶的廣大地區，建國于羌族故地。至吐谷渾之孫葉延時，遂以吐谷渾為姓氏、國號和部落名稱。吐谷渾國極盛時的疆域，東起今甘肅南部、四川西北，南抵今青海南部，西及新疆的若羌、且末，北隔祁連山與河西走廊相接。

吐谷渾國后期的政治中心在今青海湖西15千米的伏俟城。唐龍朔三年(663年)，維持300余年的吐谷渾國為吐蕃政權所滅。于是，除一部分吐谷渾人內徙外，大部分降于吐蕃，留居原地。在吐蕃統治下的吐谷渾人，后來又逐漸降唐，被唐安置在甘、瓜、肅、涼等州。唐朝還在祁連山南，今大通河一帶設州，隸屬涼州都督府，專門安置降附的吐谷渾人。這一帶，正是今天土族聚居的地區。至北宋初，一部分吐谷渾人仍聚居于祁連山南，今大通河一帶。

《續資治通鑒長編》卷四十三載：宋真宗咸平元年(998年)“十一月丙……游龍缽自言：‘河西軍東至故原州一千五百里，南至雪山、吐谷渾、蘭州界三百五十里，西至甘州同城果六百里，北至部落三百里’。”11世紀后，吐蕃政權在河湟地區興起，活動于這一地區的吐谷渾人在吐蕃唃廝啰政權統治之下。此后，“吐谷渾”一詞不再見于文獻記載。但是到了元代，在吐谷渾人的故地，史書上卻出現了“西寧州土人”、“土人”的記載。

這些“土人”居住的地方即是今天土族居住的地方，而在歷史上該地區則是吐谷渾人長期居住的地方。據此，許多歷史研究者認為，今天的土族，就是以留居原地的吐谷渾人為主體，吸收融合蒙古、藏、羌、漢、維吾爾等民族成分而逐漸形成的一個新的人們共同體。