曾经有许多关于水手号谷如何形成的理论。1970年代认为是受到水的侵蚀或冰川地区的永久冻土溶化造成的热喀斯特（thermokarst）作用。热喀斯特是比较可能的效应，但水的侵蚀作用则不太可能，因为火星表面大气压只有地球的 1% 和温度只有148~310K的状况下不太可能存在液态水；但科学家认同火星过去可能有流动的液态水。水手号谷可能是在过去由液态水侵蚀而形成。McCauley 于1972年提出另一个假设是水手号谷可能是因为表面下的岩浆流失造成表面下陷而形成。约 1989年 Tanaka 和 Golomb