對五行學說的形成，古今中外學者進行了大量的研究，但尚無定論。直至今日，仍然是中外學術界還在關注的課題之一。縱觀歷代學者所論，可概括為以下四種觀點：
1．五方說
人類空間意識的起源基礎是方位觀念。一般認為殷商時代已有了五方觀念，甲骨文雖沒有明確的五方概念，但對於四方及四方風的記述已經很明確，殷人把商朝的領域稱為「中商」，而與「東土」、「南土」、「西土」、「北土」並舉，用五方總括整個空間方位。
空間方位的劃分，在古代有著十分重大的文化意義，它意味著人類告別茹毛飲血的混沌生活狀態，第一次把自己的生存放在一個規則的、有意義的文化背景之中，把自己的思維、認識確定在有條不紊的空間系統中，使一切客體對象都能在這個系統中秩序化、結構化。因此，五方觀念的形成，就可以作為一種原型模式，規定、制約著人們的思維方式，而形成五方分類配位信仰，此為五行學說的重要思想來源。
2．五季說
據《史記·歷書》記載：「黃帝考定星歷，以立五行。」《管子·五行》說：「昔黃帝作立五行以正天時。」均認為五行是黃帝為了制定曆法而創立。五行的本義是天地陰陽之氣的運行，即五個季節的變化。《管子·五行》載五行歷遺義，將一年 365日分為五段，以木、火、土、金、水分別統配，並重構五氣流行圖，按五行相生依次流轉。班固《白虎通德論》指出：「行有五，時有四何？四時為時，五行為節。」也認為五行就是五個時節。
3．五星說
上古時代，星相知識較為普及，所謂「三代以上，人人皆知天文。『七月流火 ，農夫之辭也；『三星在天 』，婦人之語也；『月離於畢 』，戌卒之作也；『龍尾伏晨 』，兒童之謠也 」（顧炎武《日知錄·天文》）。古人在觀察天體變化的過程中，逐漸發現了肉眼可觀察到的水、金、火、木、土五星有規律的運動，此五星又稱為辰星、太白星、熒惑星、歲星和鎮星（或填星），認為五星是五行的根源，而且五星在宇宙中的運動規律與四時氣候的變化有著密切的關係。如《漢書·藝文志》所說：「五行之序亂，五星之變作。」「五星不失行，則年谷豐昌。」西漢末的緯書《河圖括地象》說：「天有五行，地有五嶽。」即相對於地上五座大山來說，天上有五大行星即五行，五行的初義就是指五星的運行。
4．五材說
五材指自然界的五種基本物質，即木、火、土、金、水五種生產生活必需的具體物質。如《左傳·襄公二十七年》說：「天生五材，民並用之，廢一不可。」又如《尚書·洪範》注曰：「水火者，百姓之所飲食也；金木者，百姓之所興作也；土者，萬物之所資生，是為人用。」更具體地表述了五行為人們生活、生產所必需的思想。《左傳·昭公三十二年》云：「故天有三辰，地有五行。」《國語·魯語》說：「地之五行，所以生殖也。」其中所說的「五行」，就是指五材。《國語·鄭語》曰：「先王以土與金、木、水、火雜，以成百物。」即金、木、水、火與土發生關係，土是中心，由此而生成了各種各樣的物品，五材則成為構成其他物品的最基本的五種元素。
一般認為，五行作為哲學概念，最早見於《尚書·洪範》：「五行：一曰水，二曰火，三曰木，四曰金，五曰土。水曰潤下，火曰炎上，木曰曲直，金曰從革，土爰稼穡。潤下作鹹，炎上作苦，曲直作酸，從革作辛，稼穡作甘。」這裡記載了五行的名稱、次序、性質和作用，但沒有涉及五行之間的相互關係。孔穎達注則指出：「（五材）言五者，多有才幹也。謂之五行者，若在天則五氣流行，在地世所行用也。」可見由「五材」易名為五行，實現了由實體到抽像的昇華過程，從而標誌著五行作為哲學概念的形成。五行只有抽像為五種功能屬性以後，才可以作為歸納自然社會萬物萬象的模型。
春秋以後，古代思想家開始探索五行之間的關係，逐漸確立了五行之間存在著既相剋又相生的內在聯繫。古人在日常生活中，觀察到水能滅火，金能伐木等現象，從中認識到五行之間的制約關係，如《左傳》中多次提到「火勝金」、「水勝火」。《素問·寶命全形論》說「木得金而伐，火得水而滅，土得木而達，金得火而缺，水得土而絕。」明確指出了五種自然物質的相勝關係。對五行相生關係，先秦著作中未見明確記載，但從古人對四時氣候及物候運轉規律的認識來看，當時已具備五行相生次序的概念。認識了五行之間相生相剋的關係，並將其廣泛用於解釋自然界乃至社會生活中各種事物和現象的關係及其發展變化，這標誌著五行學說的成熟。
綜上所述，對五行學說的起源至今存在著不同的看法，然五行說之為五行說，在於它是一個具有內在結構和動力機制的體系，而不在於它把金、木、水、火、土五材或別的五種東西如此這般地湊合在一起。五行體系的精義，一在它是一個把世間眾物分門別類的形態學分類體系，二在它是一個解釋世間萬象相生相剋的動力學功能系統。因此，五行學說作為一個系統而言，重要的是其整體的結構和功能，而不是其中某個層面或某些單一的成份，因而要探求五行學說的起源，就應追究其以「五」為基礎對萬物進行分類、以「五」數的對待循環原理解釋各種現象的生成變化機制的結構和功能特徵的起源。
時間和空間是人類社會實踐活動的基本依據和人類領會世界的基本知性形式，而時間觀和空間觀最直觀和最原始的表現形式就是曆法。曆法制度以及與之相關的時空觀就是先民們仰觀俯察、理解宇宙、經緯天地、領會歷史的基礎，天文定五方，曆法分四時，五方、四時就成為五行分類體系的基本圖式。而五行相生，不過是春夏秋冬四時此消彼長、生生不息的自然節律，五行相剋則反映了五行體系中相對方位的對立關係，《春秋繁露·五行相生》說：「天地之氣，合而為一，分為陰陽，判為四時，列為五行。行者，行也，其行不同，故謂之五行。五行者，……比相生而間相盛也。」由此可見，原始天文學和曆法月令制度，才是五行學說真正的文化源頭和知識原型。
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