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後裔。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)。吐谷渾於陰山一帶遊牧了二十餘年後，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，建國於羌族故地。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。
吐谷渾國後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餘年的吐谷渾國為吐蕃政權所滅。於是，除一部分吐谷渾人內徙外，大部分降於吐蕃，留居原地。在吐蕃統治下的吐谷渾人，後來又逐漸降唐，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於祁連山南，今大通河一帶。
《續資治通鑒長編》卷四十三載：宋真宗鹹平元年(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世紀後，吐蕃政權在河湟地區興起，活動於這一地區的吐谷渾人在吐蕃唃廝囉政權統治之下。此後，「吐谷渾」一詞不再見於文獻記載。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。
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