1. 文明起源之谜：三星堆出土的大量青铜人像、动物造型等，风格独特，与中原青铜器差异巨大。这些“三星堆人”高鼻深目、颧面突出、阔嘴大耳，耳朵上还有穿孔，不像传统认知中的中国人。部分学者认为三星堆人有可能来自其他大陆，三星堆文明可能是“杂交文明”。也有观点认为三星堆文明高度发达却不留记载、风格特立独行，疑似外星文明。如果其起源被确定为非华夏文明体系，或者与外星文明有关，将极大地冲击现有的华夏文明起源认知。
2. 古蜀国消失之谜：古蜀国繁荣持续了1500多年，然后突然消失，中间留下了2000多年的神秘空白。对于古蜀国的灭亡，有多种猜测，如洪水灾害，然而考古学家并未在遗址中发现洪水留下的沉积层；战争说虽因遗址中器具大多被事先破坏或烧焦得到一些支持，但这些器具年代相差数百年；迁徙说也无法解释人们迁徙的根本原因，成都平原物产丰富，用灾难说解释难以自圆其说。若能揭开古蜀国消失的真正原因，将有助于了解古代文明的发展规律和变迁机制，可能改写华夏历史中关于古蜀地区的发展脉络。
3. 与其他古文明联系之谜：三星堆出土的大量青铜器多数为祭祀用品，带有不同地域的文化特点，青铜雕像、金杖等与玛雅文化、古埃及文化非常相似。同时，遗址中出土5000多枚来自印度洋的海贝，以及60多根来源不明的古象牙，打破了“不与秦塞通人烟”的古蜀国印象。如果能明确三星堆文明与古玛雅、古埃及等文明的联系，那么华夏历史将不再是孤立发展的脉络，而是与世界其他古文明有着千丝万缕的联系，这将重新构建对华夏文明在世界文明中的地位和发展历程的认识。
4. 文字之谜：三星堆存在时间跨度约距今5000年至3200年，一个发展近两千年的文明却未发现明确的文字记载。《蜀王本纪》认为古蜀人“不晓文字，未有礼乐”，《华阳国志》则说蜀人“多斑彩文章”。三星堆祭祀坑中发现的世界最早金杖，杖身所刻鱼、箭头等图案被认为可能蕴含文字信息，但这些图案是图是文尚无定论，且单个存在难以表达语言。若能解读这些图案或发现其他文字证据，将填补华夏文字发展史上的空白，对研究古代文明的信息传递和文化传承具有关键作用。
5. 祭祀文化之谜：三星堆出土了大量精美绝伦的青铜神器，绝大多数是祭祀用品，基本上没有生活用品，这表明古蜀国的原始宗教体系十分完备。然而，如此重视祭祀的古蜀国，其人民的日常生活状态却因缺乏生活用品的出土而难以了解。如果能揭开三星堆祭祀文化的全貌，包括祭祀的对象、仪式、目的等，以及其与日常生活的关系，将有助于深入理解华夏古代宗教信仰和社会结构的形成与发展，可能颠覆对古代祭祀文化和社会形态的传统认知。
