在鸣沙山群峰环绕的一块绿色盆地中，有一泓碧水形如弯月，这就是月牙泉。
月牙泉位于鸣沙山北麓，东西长300余米，南北宽50余米，水深约5米，泉形酷似一弯新月，故名月牙泉。泉被鸣沙山四面环抱，但并不为流沙所掩，始终碧波荡漾，清澈见底，久雨不溢，久旱不涸，风景十分优美。它的神奇之处就是流沙永远填埋不住清泉。过去，人们难解大自然的奥秘，却以丰富的想像力创造出优美的神话传说来解释自然现象。
历来水火不能兼容，沙漠清泉难以共存。但是月牙泉就像一弯新月落在黄沙之中。泉水清凉澄明，味美甘甜，在沙山的怀抱中娴静地躺了几千年，虽常常受到狂风凶沙的袭击，却依然碧波荡漾，水声潺潺！它像绝世佳人的眼睛——清澈、美丽、多情；它像窈窕淑女的嘴唇——神秘、温柔、诱人；它像是一牙白兰瓜——碧绿、甘甜、晶莹。
月牙泉边，白杨亭亭玉立，垂柳舞带飘丝，沙枣花香气袭人，丛丛芦苇摇曳，对对野鸟飞翔，风景如诗如画。泉南岸台地上建有娘娘殿、龙王宫、药王洞、玉泉楼、雷音寺等雕梁画栋的大片古建筑群。月牙泉内游鱼成群。据传，鱼叫做“铁背鱼”，能医治疑难杂病；草叫做“七星草”，有催生壮阳作用。吃了鱼和草可以长生不老，因此月牙泉被又称为“药泉”。
月牙泉最早的记载见于东汉《辛氏三秦记》：“河西有沙角山，峰愕危峻，逾于石山，其沙粒粗色黄，有如干躇。又山之阳有一泉，云是沙井，绵历千古，沙不填之”。这里所记“沙井”即今日月牙泉。自此之后，关于月牙泉的记载便屡见史籍，并与鸣沙山紧密地连在一起。唐《元和郡县志》载：“鸣沙山有一泉水，名曰沙井，绵历古今，沙填不满，水极甘美”。
据史书记载，鸣沙山与月牙泉成为沙漠奇观已有两千多年的历史了。千百年来﹐人们面对这一沙海奇观﹐始终感到奇怪，作为沙丘的鸣沙山为何千年不变？而在沙海之中的月牙泉又为何“泉映月而无尘”、“月泉晓澈，亘古沙不填泉，泉不涸竭”？这大自然创造的奇迹﹐古人百思不得其解﹐最后只好叹为“山之神异﹐泉之神秘”。
据考证，月牙泉四面沙山高耸，山坳随着泉的形状也成月牙形，吹进这种环山洼地里的风，由于空气力学原理，会向上旋，于是月牙泉周围山上流下来的沙子又被送回四面的鸣沙山脊的另外一侧，这就是泉水不为黄沙掩盖的道理。两千多年来，正是因为这种独特的地形运动﹐使沙山和泉水保持着矛盾而又和谐的天然共生共存状态。尽管风沙肆虐，月牙泉依然碧水粼粼。
月牙泉，梦一般的谜，千百年来不为流沙而淹没，不因干旱而枯竭。在茫茫大漠中有此一泉，在黑风黄沙中有此一水，在满目荒凉中有此一景，深得天地之韵律，造化之神奇，令人神醉情驰。“晴空万里蔚兰天，美绝人寰月牙泉，银山四面沙环抱，一池清水绿漪涟”。“月牙晓澈”为敦煌八景之一。月牙泉是国家级重点风景名胜区，中国旅游胜地四十佳之一，被称为天下沙漠第一泉。