在有关土族族源问题上，学术界主要有吐谷浑说、阴山白鞑靼说、蒙古人与霍尔人融合说、沙陀突厥说、多源混合说等等，至今尚无定论。
持“吐谷浑说”者认为，土族主要是鲜卑支系吐谷浑人的后裔。而吐谷浑，是辽东鲜卑慕容氏首领涉归之子。涉归分给他“部落一千七百家以隶之”(《晋书·吐谷浑传》)。约公元283年(晋太康四年)，涉归卒，吐谷浑庶弟嗣位。不久因吐谷浑与其庶弟 “二部马斗”，发生矛盾，吐谷浑遂率部西迁，“西附阴山”(今内蒙古河套北之阴山)。吐谷浑于阴山一带游牧了二十余年后，乘“永嘉之乱”(312-313年)，又率部“度陇而西”(同上)，到达今甘肃临夏西北一带。至317年(东晋建武元年)，吐谷浑已控制了东起洮水，西至白兰(今青海都兰县巴隆一带)，南抵昂城(今四川阿坝)、龙涸(今四川松潘)，北达青海湖一带的广大地区，建国于羌族故地。至吐谷浑之孙叶延时，遂以吐谷浑为姓氏、国号和部落名称。吐谷浑国极盛时的疆域，东起今甘肃南部、四川西北，南抵今青海南部，西及新疆的若羌、且末，北隔祁连山与河西走廊相接。
吐谷浑国后期的中心在今青海湖西15千米的伏俟城。唐龙朔三年(663年)，维持300余年的吐谷浑国为吐蕃政权所灭。于是，除一部分吐谷浑人内徙外，大部分降于吐蕃，留居原地。在吐蕃统治下的吐谷浑人，后来又逐渐降唐，被唐安置在甘、瓜、肃、凉等州。唐朝还在祁连山南，今大通河一带设州，隶属凉州都督府，专门安置降附的吐谷浑人。这一带，正是今天土族聚居的地区。至北宋初，一部分吐谷浑人仍聚居于祁连山南，今大通河一带。
《续资治通鉴长编》卷四十三载：宋真宗咸平元年(998年)“十一月丙……游龙钵自言：‘河西军东至故原州一千五百里，南至雪山、吐谷浑、兰州界三百五十里,西至甘州同城果六百里,北至部落三百里’。”11世纪后，吐蕃政权在河湟地区兴起，活动于这一地区的吐谷浑人在吐蕃唃厮啰政权统治之下。此后，“吐谷浑”一词不再见于文献记载。但是到了元代，在吐谷浑人的故地，史书上却出现了“西宁州土人”、“土人”的记载。
这些“土人”居住的地方即是今天土族居住的地方，而在历史上该地区则是吐谷浑人长期居住的地方。据此，许多历史研究者认为，今天的土族，就是以留居原地的吐谷浑人为主体，吸收融合蒙古、藏、羌、汉、维吾尔等民族成分而逐渐形成的一个新的人们共同体。