1900年3月，瑞典探险家斯文·赫定沿塔里木河向东，到达孔雀河下游，想寻找行踪不定的罗布泊。3月27日，探险队到达了一个土岗。这时，糟糕的事情发生了，斯文·赫定发现他们带来的水泄漏了许多。在干旱的沙漠中，没有水就等于死亡。他们于是去寻找水源，令他没有想到的是，一个天大的惊喜在等着他。
斯文·赫定在挖掘水源时，意外地发现了一座佛塔和3个殿堂以及带有希腊艺术文化的木雕建筑构件、5铢钱、1封佉卢文书信等大批文物。随后他们又在这片废墟东南部发现了许多烽火台一起延续到罗布泊西岸的一座被风沙掩埋的古城。
寂静的楼兰古城似乎在向人们
诉说着它的历史古城平面近正方形，边长在330米左右，几乎全部为流沙所掩埋。城墙用黏土与红柳条相间夯筑。有古运河从西北至东南斜贯全城。运河东北有一座八角形的圆顶土坯佛塔。塔南的土台上，有一组高大的木构建筑遗迹。斯文·赫定在这里发现了汉文、佉卢文文书及简牍、五铢钱、丝毛织品、生活用具等。运河西南的中部，有3间木构土坯大型房址，房中及其附近曾出土大量汉文文书、木简及早期粟特文和佉卢文文书，估计为衙署遗迹。其西的一组庭院，可能是官宦宅邸，南边分布着矮小的民居。城中出土了各种文书、简牍。
斯文·赫定回国后，把文物交给德国的希姆莱鉴定。经鉴定，这座古城主是赫赫有名的古国楼兰，整个世界震惊了，随后，许多国家的探险队随之而来。经历史学家和文物学家长期不懈的努力，楼兰古国神秘的面纱被撩开了一角。
1979年，新疆考古研究所组织了楼兰考古队，开始对楼兰古城古道进行调查、考察，确定了楼兰古城的确切地理位置：东经89°55′22″，北纬40°29′55″。它占地面积为10万8千多平方米。城东、城西残留的城墙，高约4米，宽约8米。城墙用黄土夯筑；居民区院墙，是将芦苇扎成束或把柳条编织起来，抹上的粘土。全是木造房屋，胡杨木的柱子，房屋的门、窗仍清晰可辩；城中心有唯一的土建筑，墙厚1.1米，墙高2米，座北朝南，似为古楼兰统治者的住所；城东的土丘原是居民们拜佛的佛塔。
另外，在通向楼兰道路的孔雀河下游，考古队发现了大批的古墓。其中几座墓葬外表奇特而壮观：围绕墓穴是一层套一层共7层由细而粗的圆木，圈外又有呈放射状四面展开的列木。整个外形像一个大太阳，不由得让人产生各种神秘的联想。它的含义究竟如何，目前还是一个未解之谜。
但是，最让人不解的还是这座古城为什么会神秘消失呢？大家说法不一，归结起来，说法主要有5：
说法一：楼兰消失于战争。公元5世纪后，楼兰王国开始衰弱，北方强国入侵，楼兰城破，后被遗弃。
说法二：楼兰衰败于干旱、缺水，生态恶化，上游河水被截断后改道，人们不得不离开楼兰。其证据是楼兰曾颁布过迄今为止发现的世界上最早的环境保护法律。
说法三：楼兰消失与丝绸之路北道的开辟有关。经过哈密（伊吾）、吐鲁番的丝绸之路北道开通后，经过楼兰的丝绸之路沙漠古道被废弃，楼兰也随之失去了往日的光辉。
说法四：楼兰被瘟疫疾病毁灭。一场从外地传来的瘟疫，夺去了楼兰城内十之八九居民的生命，侥幸存活的人纷纷逃离楼兰，远避他乡。
说法五：楼兰被生物入侵打败。一种从两河流域传入的蝼蛄昆虫，在楼兰没有天敌，生活在土中，能以楼兰地区的白膏泥土为生，成群结队地进入居民屋中，人们无法消灭它们，只得弃城而去。
但是，最让人信服的还是罗布泊游移说。
1878年，俄国探险家普尔热瓦尔斯基考察了罗布泊，发现中国地图上标出的罗布泊的位置是错误的，它不是在库鲁克塔格山南麓，而是在阿尔金山山麓。当年普尔热瓦尔斯基曾洗过澡的罗布泊湖水涟漪，野鸟成群，而今却成了一片荒漠、盐泽。也就是说，罗布泊是个移动性的湖泊，它实际的位置在地图位置以南2°的地方。
而今的一片荒漠却曾经是湖水涟漪的罗布泊罗布泊怎会游移呢？科学家们认为，除了地壳活动的因素外，最大的原因是河床中堆积了大量的泥沙而造成的。塔里木河和孔雀河中的泥沙汇聚在罗布泊的河口，日久月长，泥沙越积越多，淤塞了河道，塔里木河和孔雀河便另觅新道，流向低洼处，形成新湖。而旧湖在炎热的气候中，逐渐蒸发，成为沙漠，水是楼兰城的万物生命之源。罗布泊湖水的北移，使楼兰城水源枯渴，树木枯死，市民皆弃城出走，留下死城一座，在肆虐的沙漠风暴中，楼兰终于被沙丘湮没了。