1．巨型沙尘暴缘起土壤风蚀
中国科学院曾经启动了一项关于探讨沙尘物质的实验，一些寒区旱区环境研究专家和工程师通过设立的沙尘暴风洞模拟实验发现，土壤风蚀是沙尘暴形成的首要环节。而风是土壤被蚀的主要动力，其中气流性质、风速大小、土壤风蚀过程中风力作用的相关条件等是最重要的因素。此外，土壤中的含水量即湿润程度是也是影响土壤风蚀的重要原因之一。
根据实验结果推理证明，丰厚的植被是防治风沙的有效方法之一。植物通常以3种形式影响风蚀，即分散在地面上一定的风动量；减少气流与沙尘之间的传递；阻止土壤、沙尘等的运动。经过实验研究，专家们还总结出一条重要的结论：沙尘暴不仅是一定自然条件下的产物，同时与人类活动的关系也是很密切的。比如，过度砍伐森林植被，过度放牧会破坏植物对风沙的天然防御能力。工矿交通建设也也是导致荒地被过度开垦而破坏植被的重要原因。人类的很多活动都会扰乱地面的自然结构，形成大面积的沙漠化土地，是沙尘暴形成并恶劣发展的直接原因。
2．沙尘暴的元凶：大气环流
每年北京春天沙尘发生的短暂一幕，只是中国北部地区30万平方公里的黄土高原在二三百万年中每年都要经历的天气过程。所不同的是，后者的风力更强，刮风的时间更长甚至可以持续数天。沙尘的来源是上百公里以外的沙漠和戈壁，并不是人们简单认为的50米开外的十字路口。沙尘暴的形成就好像上帝在中国西北部和中亚沙漠戈壁表面抓起大量的沙土抛向东南方向。这种现象早在约240万年前就有了。印度板块向北移动与亚欧板块碰撞之后，印度大陆的地壳插入亚洲大陆的地壳之下，并把后者顶托起来。从而喜马拉雅地区的浅海消失了，喜马拉雅山开始形成并渐升渐高，青藏高原也被印度板块的挤压作用隆升起来。这种活动持续了6000万年以上，到了距今大约240万年前，青藏高原的海拔应经达到了2000多米了。
地表的这种巨大形态变化直接改变了大气环流的格局。很久以前，中国大陆的东边是太平洋，今天北边的西伯利亚地区和南边喜马拉雅地区在那时分别被浅海占据着，西边的地中海在当时也远远伸入亚洲中部，所以平坦的中国大陆大部分都能得到充足的海洋暖湿气流的滋润，气候温暖而潮湿。中国西北部和中亚内陆以亚热带为主，大范围的沙漠和戈壁并没有出现在些地方。然而东西走向的喜马拉雅山挡住了印度洋暖湿气团的向北移动，久而久之，中国的西北部地区越来越干旱，渐渐形成了大面积的沙漠和戈壁。这里就是堆积起了黄土高原的那些沙尘的发源地。体积巨大的青藏高原正好耸立在北半球的西风带中，240万年以来，它的高度不断增长着。青藏高原的宽度约占西风带的三分之一，把西风带的近地面层分为南北两支。南支沿喜马拉雅山南侧向东流动，北支从青藏高原的东北边缘开始向东流动，这支高空气流常年存在于3500～7000米的高空，成为搬运沙尘的主要动力。与此同时，青藏高原的太高，加强了东亚季风气候，从西北吹向东南的东季风和西风相遇，就这样在中国北部出现了一个黄土高原。
中国西北部和中亚内陆的气温冷热变化比较剧烈，因此这些地方的岩石要比其他地方的岩石崩裂瓦解的更快，最终变成碎屑。地质学家把这些碎屑进行了划分：砾，2毫米以上；沙，2～0.05毫米；粉沙，0.05～0.005毫米，黏土，小于0.005毫米。其中黏土和粉沙颗粒，能被带到3500米以上的高。被风卷起的碎屑，进入西风带后，会随着西风急流向东南方向飘去，直至黄河中下游一带才逐渐飘落到地面。
几百万年来，沙土从亚洲地区西北向东南搬运的过程从来没有停止过，沙土大量下落的地区正好是黄土高原所在的地区，连五台山、太行山等华北许多山的顶上都有黄土堆积。当然，中国北部包括黄河在内的几条大河以及数不清的沟谷对地表的冲刷作用与黄土的堆积作用正好相反，否则的话，黄土高原一定不会是现在这样，厚度不超过409.93米。太行山以东的华北平原也是沙土的沉降区，但是这里是一个不断下沉的区域，同时又发育了众多河流，因此落下来的沙子大部分会被河流冲走，或者被河流所带来的泥沙埋葬了。
中国古籍里有上百处关于“雨土”、“雨黄土”、“雨黄沙”、“雨霾”的记录，最早的“雨土”记录可以追溯到公元前1150年：“天空黄雾四塞，沙土从天而降如雨。”这其实就是关于沙尘暴的记录。雨土的地点主要在黄土高原及其附近。古人把这类事情看成是奇异的灾变现象，相信这是“天人感应”的一种征兆。晋代张华所编的博物志中就记有：“夏桀之时，为长夜宫于深谷之中，男女杂处，十旬不出听政，天乃大风扬沙，一夕填此空谷。”