在鳴沙山群峰環繞的一塊綠色盆地中，有一泓碧水形如彎月，這就是月牙泉。
月牙泉位於鳴沙山北麓，東西長300余米，南北寬50余米，水深約5米，泉形酷似一彎新月，故名月牙泉。泉被鳴沙山四面環抱，但並不為流沙所掩，始終碧波蕩漾，清澈見底，久雨不溢，久旱不涸，風景十分優美。它的神奇之處就是流沙永遠填埋不住清泉。過去，人們難解大自然的奧秘，卻以豐富的想像力創造出優美的神話傳說來解釋自然現象。
歷來水火不能相容，沙漠清泉難以共存。但在鳴沙山中，卻能看到沙漠與清泉相伴為鄰的奇景，這就是天下沙漠第一泉——月牙泉。
有人說，月牙泉像一位絕世佳人的眼睛——是那樣的清澈、美麗、多情；有人說，月牙泉像位窈窕淑女的嘴唇是那樣神秘、溫柔、誘人；有人說，月牙泉是一牙白蘭瓜——是那樣碧綠、甘甜、晶瑩。其實，月牙泉最像初五的一彎新月，落在黃沙裏。泉水清涼澄明，味美甘甜，在沙山的懷抱中嫺靜地躺了幾千年，雖常常受到狂風凶沙的襲擊，卻依然碧波蕩漾，水聲潺潺，是當之無愧的沙漠第一泉！
關於月牙泉、鳴沙山的形成，還有一個故事：從前，這裏沒有鳴沙山也沒有月牙泉，而有一座雷音寺。有一年四月初八、寺裏舉行一年一度的浴佛節，善男信女都在寺裏燒香敬佛，頂禮膜拜。當佛事活動進行到“灑聖水”時，住持方丈端出一碗雷音寺祖傳聖水，放在寺廟門前。忽聽一位外道術士大聲挑戰，要與住持方丈鬥法比高低。只見術士揮劍作法，口中念念有詞，霎時間，天昏地暗，狂風大作，黃沙鋪天蓋地而來，把雷音寺埋在沙底。奇怪的是寺廟門前那碗聖水卻安然無恙，還放在原地，術士又使出渾身法術往碗內填沙，但任憑妖術多大，碗內始終不進一顆沙粒。直至碗周圍形成一座沙山，聖水碗還是安然如故。術士無奈，只好悻悻離去。剛走了幾步，忽聽轟隆一聲，那碗聖水半邊傾斜變化成一彎清泉，術士變成一灘黑色頑石。原來這碗聖水本是佛祖釋迦牟尼賜予雷音寺住持，世代相傳，專為人們消病除災的，故稱“聖水”。由於外道術士作孽殘害生靈，便顯靈懲罰，使碗傾泉湧，形成了月牙泉。
月牙泉，夢一般的謎，千百年來不為流沙而淹沒，不因乾旱而枯竭。在茫茫大漠中有此一泉，在黑風黃沙中有此一水，在滿目荒涼中有此一景，深得天地之韻律，造化之神奇，令人神醉情馳。
“月牙曉澈”為敦煌八景之一。
月牙泉內游魚成群，岸邊綠草如茵。據傳魚稱“鐵背魚”，能醫治疑難雜病；草稱“七星草”，有催生壯陽作用。據說，吃了魚和草，可以長生不老。因之，月牙泉又稱為“藥泉”。
月牙泉邊，白楊亨享玉立，垂柳舞帶飄絲，沙棗花香氣襲人，叢叢蘆葦搖曳，對對野鳥飛翔，風景如詩如畫。泉南岸臺地上原建有娘娘殿、龍王宮、藥王洞、玉泉樓、雷音寺等雕樑畫棟、勾心鬥角的大片古建築群。
月牙泉最早的記載見於東漢《辛氏三秦記》：“河西有沙角山，峰愕危峻，逾于石山，其沙粒粗色黃，有如幹躇。又山之陽有一泉，雲是沙井，綿曆千古，沙不填之。”這裏所記“沙井”便指今日月牙泉。自此之後，關於月牙泉的記載便屢見史籍，並與鳴沙山緊密地連在一起。唐《元和郡縣誌》載：“鳴沙山有一泉水，名日沙井，綿曆古今，沙填不滿，水極甘美。”
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