月牙泉是古河道残留湖，由于地下潜流在此出露，形成众多泉眼，聚成一池湖水。因形状为月牙形，故称之为“月牙泉”。

经勘探，月牙泉是由党河地下水渗漏后形成浅层地下水资源补的。月牙泉地段是过去的古河道，它拥有独特且畅通的补给、泾流和排泄通道，这就是在高温气候条件下，月牙泉始终未因泉水大量蒸发而干涸的原因。

月牙泉的奇异之处在于三面被沙山环绕，但千古以来却未被堙没。