从原始印欧语人群分离，所以还保留有很多原始印欧语的特征。根据对塔里木干尸和新疆古墓出土古尸骨的研究，吐火罗人的外貌特征都是黄褐或棕褐头发、蓝眼睛、高鼻，具有原始印欧人特征，头骨类似北欧型。塔里木干尸生前是地处最东的操印欧语言的人，后来成为吐火罗人。《汉书·西域志》关于西域人有“今之胡人青眼、赤须”、“其人皆深目，多须髯”。吐火罗人最后可能被回鹘人在9世纪中叶后同化。部分古代遗骨DNA显示，一定比例吐火罗人男性的Y染色体为单倍群。部分吐火罗文物被学者认为与颜那亚文化同源。
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