因为人类已经进行过多次地毯式搜索，依然没能解开沙漠的“藏猫猫”能力。彭加木失踪后，国家曾先后四次派出搜寻队，动用数十架飞机、几十辆汽车、几千名队员，拉网式寻觅蛛丝马迹，最终都以失败告终。
其中以1980年11月开展的搜寻行动最为浩大：以彭加木失踪地点为圆心，10-20公里为半径，进行极为细致的勘察，直接参与搜寻的高达1029人次，总搜索面积1011平方公里，总花费时间41天，结果却一无所获。
彭加木失踪前曾留下一张纸条，上面写着：“我往东去找水井，彭17.10:30”。日期被修改过，原本写的是“16”日，但被涂改为“17”日，这也成为此次事件的一个疑点。随后，彭加木消失在了神秘的罗布泊，据说还带走了考古发现的双鱼玉佩。
双鱼玉佩，不是指外形，而是指其强大的超自然功能。据说这条雕鱼玉佩，可以通过镜像原理复制出一条完全相同的玉佩，即镜像反物质，简直超出人类科技能够理解和解释的范畴了。但其究竟是否真正存在，至今仍是个谜。
对于彭加木的神秘失踪，学界目前说法甚多，总结起来共有三大方向。
第一踪，彭加木仍在茫茫戈壁之中。虽然前人做了大量的搜寻工作，但不少人还是坚持彭加木被埋在了沙漠的某个角落未被发现。而且在近几十年里，在其消失地点附近曾发现多具干尸，疑似彭加木。
2007年，在距离彭加木脚印消失地点不到20公里的沙漠腹地，科学家发现了一具干尸，身高170cm左右，身着白色衬衣和蓝色长裤，手戴上海手表，这与彭加木消失时的穿戴十分相像，不过经过后续的DNA比对来看，此人被排除。
也就是说，彭加木仍可能深埋在沙漠里。
第二踪，“穿越”。介于双鱼玉佩的神话色彩，穿越说渐渐流行起来。有人说穿越到西汉成为王莽，有人说穿越到明代，还有人说穿越到同时代的其他国家，比如苏联和美国。当年，就在北京公开报道彭加木失踪的同时，身在美国华盛顿的彭加木30多年的好友周光磊，声称在一个饭馆里见到了彭加木。
当然，按照目前的科学认知来说，“穿越”是违背物理学的虚假营销，但谁也无法得知随着科技的不断完善，这种神话般的事情是否早在1980年就已经发生过。
第三踪，被害。被谁所害？这一直是调查组所讳莫如深的事，怀疑对象正是彭加木的考古同事。6月16日，探险队遇到了生死关头，因为他们所携带的物资已经所剩无几，尤其是饮用水接近殆尽状态，疲惫不堪的队员们面临绝境。
这时，不少队员都提出向基地发电报请求支援物资，但彭加木认为直升机运水代价太过昂贵，作为队长的他，不能这么浪费国家资源，所以他提议外出寻找水源。据此，双方展开激烈争吵，迫于压力的彭加木终于在16日晚上发出了电报，17日早上探险队收到回复：将于18日送达物资。
然而，既然基地已经下达支援命令，彭加木17日为何还要外出寻水呢？前面说到他留下的纸张被修改过日期，那么真相会不会是这样：彭加木16日即“消失”，16日晚有人发了求援的电报，为了伪装彭加木不知18日救援的事情，有人将纸张上的日期改为了“17”。
当然，这也是一种证据不足的猜测，它也无法解释彭加木的脚印，但作为一种可能性而言，它仍有存在的余地。
