夜郎古國迄今至少存在四大謎團。
謎團之一
：古夜郎的疆域、中心區域在什麼位置？這個問題是學者們分歧最大、爭論最激烈的話題。普遍認為，作為一個國家，一定有自己的統治範圍，也存在政治、經濟和文化的中心。
這種“中心說”目前已有10多種。貴州省內就有安順、桐梓、六枝、望謨、惠水、長順和三都等地都認為古夜郎的中心在今天它們所屬的行政區劃內，雲南的宣威、廣西和湖南也認為在自己的區域內。各方提出的“中心說”，也並非子虛烏有，都能引經據典，甚至找到專業的學術論文。隨著研究範圍的拓展，儘管夜郎國的輪廓日顯明朗，但是沒有得到普遍認可。
謎團之二
：誰是夜郎的主體民族？其中包括誰是夜郎的統治民族或人口數量最多的民族。夜郎的族屬主要有以下4種觀點：苗族說、彝族說、布依族說和仡佬族說。現在，這四個民族都成立了自己的民族學會，併為爭取本民族是貴州的先民而廣泛求證。一些學者在研究這一問題時甚至受到了民族感情、政治背景等因素的外界影響。
謎團之三
：夜郎的社會性質是什麼？根據對夜郎經濟發展狀況的不同理解和評價，對夜郎社會性質的認識大致可以歸納為四種觀點。一是奴隸制社會的早期階段。二是原始社會的末期階段。三是封建社會早期階段。四是雙重經濟體制，即封建社會的政治、經濟因素已經對夜郎產生了較大影響，並逐漸改變當時的社會狀態，當時應處於一個過渡階段。
謎團之四
：夜郎存在多長時間？學術界對夜郎的時間界定完全不同。因為夜郎國滅亡的事件史書有明確記載，因此，一種較為普遍的看法是，夜郎國存在了300年左右。但是，它始建於何時，它的上限在哪裡，還是沒有獲得統一認識。夜郎國發生的重大歷史事件，文獻記載中國社會科學院考古研究所副所長白雲翔說：“這四大謎團實際上是整個夜郎之謎的集中表現。歷史研究只能逐漸接近真實，而無法復原，這恰恰是歷史的魅力之所在。”