公元400年，高僧法显西行取经，途经此地，他在《佛国记》中说，此地已是“上无飞鸟，下无走兽，遍及望目，唯以死人枯骨为标识耳”。楼兰－－这座丝绸之路上的重镇在辉煌了近500年后，逐渐没有了人烟，在历史舞台上无声无息地消失了。
楼兰怎么被灭的？
据《水经注》记载，东汉以后，由于当时塔里木河中游的注滨河改道，导致楼兰严重缺水。敦煌的索勒率兵1000人来到楼兰，又召集鄯善、焉耆、龟兹三国兵士3000人，不分昼夜横断注滨河引水进入楼兰缓解了楼兰缺水困境。但在此之后，尽管楼兰人为疏浚河道作出了最大限度的努力和尝试，但楼兰古城最终还是因断水而废弃了。
实际上楼兰的灭亡主因就是缺水导致的生存危机。
楼兰最大水源罗布泊怎会游移呢？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，曰久月长，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。
楼兰的消失跟人们破坏大自然的生态平衡也有关系。楼兰地处丝绸之路的要道，汉、匈奴及其他游牧国家，经常在楼兰国土上挑起战争；为了该国的利益过度垦种，使水利设施、良好的植被受到严重破坏：“公元三世纪后，流入罗布泊的塔里木河下游河床被风沙淤塞，在今尉犁东南改道南流，致使楼兰“城郭岿然，人烟断绝”、“国久空旷，城皆荒芜。”
罗布泊曾经是中国西北干旱地区最大的湖泊，湖面达12000平方公里，上个世纪初仍达500平方公里，当年楼兰人在罗布泊边筑造了10多万平方米的楼兰古城，但至20世纪，却最终干涸。是什么原因导致了曾经水丰鱼肥的罗布泊变成茫茫沙漠？又是什么原因导致了当年丝绸之路的要冲——楼兰古城变成了人迹罕至的沙漠戈壁？这一直是个科学之谜。
大约万年前，地球环境发生了空前的变化，即由末次冰期的干冷环境演变成冰期后时期的湿润环境，借此契机，人类文化也由旧石器时代进入新石器时代。而一万年之后，地质环境经历了三个大的阶段姓变化，距今约10000年至8000年为升温期，距今约8000年至3000年为高温期(气候适宜期)，距今3000年至今为降温期。这三大环境格局变化为地质、生物、化学与物理的古环境研究所证实，只是在三阶段划分的时间上，由于方法、地点或研究对象的不同而略有出入。这种环境气候的变化规划了人类的活动范围与方式。
以楼兰为例，新石器时代人类便涉足这里，青铜器时代这里人口繁盛，这时恰值高温期，罗布泊湖面广阔，环境适宜。但此后进入降温区后，水土环境变差，河水减少，湖泊缩减，沙漠扩大。在距今约2000年左右旱化加剧，这表现在中国北方广大地区冰进发生，黄土堆积，湖沼消亡，海退发生。
楼兰古城的消亡大约在公元前后至四世纪(中原的汉朝到北魏时期)，这时正是旱化加剧的时期。其实，在这一旱化过程中，不仅是楼兰古城消亡，而且由于沙漠扩大，先后发生尼雅、喀拉墩、米兰城、尼壤城、可汗城、统万城等的消亡。
楼兰古城的消亡是在中国北方，甚至是世界气候出现旱化的大背景下发生的，它不是一个孤立的空间，只是由于楼兰处在干旱内陆，这里人文与自然环境的变化更显著罢了。
人类活动对罗布泊干涸的影响，可以说越来越大。水源和树木是荒原上绿洲能够存活的关键。楼兰古城正建立在当时水系发达的孔雀河下游三角洲，这里曾有长势繁茂的胡杨树供其取材建设。当年楼兰人在罗布泊边筑造了10多万平方米的楼兰古城，他们砍伐掉许多树木和芦苇，这无疑会对环境产生负作用。
在这期间，人类活动的加剧以及水系的变化和战争的破坏，使原本脆弱的生态环境进一步恶化。5号小河墓地上密植的“男根树桩”说明，楼兰人当时已感到部落生存危机，只好祈求生殖崇拜来保佑其子孙繁衍下去。但他们大量砍伐本已稀少的树木，使当地已经恶化的环境雪上加霜。