徐福東渡一事，最早出現於司馬遷的《史記》。據《史記·秦始皇本紀》記載：秦始皇二十八年（公元前219年），“齊人徐福等上書，言海中有三神山，名曰蓬萊、方丈、瀛洲，仙人居之。請得齋戒，與童男女求之，於是遣徐福發童男女數千人，入海求仙人。”秦始皇三十七年（公元前210年），徐福再次求見秦始皇。因為九年前第一次入海求仙藥，花費了鉅額錢財未果，這時徐福謊稱由於大魚阻攔所以未能成功，於是請求配備強弩射手再次出海。秦始皇便相信了徐福的謊言，第二次派徐福出海。徐福於是率“童男童女三千人”和“百工”，攜帶“五穀子種”，乘船泛海東渡，成為迄今有史記載的東渡第一人。對於徐福東渡，《史記·淮南衡山列傳》也有記載：“（秦始皇）遣振男女三千人，資之五穀種種百工而行。徐福得平原廣澤，止王不來。”
徐福東渡把秦代文明傳入日本，促進了日本社會質的飛躍。徐福因此在日本被尊為農耕神、蠶桑神和醫藥神，日本紀念徐福的祭祀活動歷千年而不衰。但是，自從司馬遷在《史記》中第一次記載徐福東渡活動以來，也把與徐福有關的疑謎留給了後人。
疑團之一，徐福東渡是否到達日本？關於徐福的目的地的問題，學術界大多數學者認為，徐福東渡確實到了日本，甚至有人提出，徐福到日本後建立了日本王朝，徐福就是神武天皇；也有學者對此一説法提出質疑。認為到了海南島或者是朝鮮，還有人提出到了美洲。
據《史記·淮南衡山列傳》中的記載：“徐福得平原廣澤，止王不來。”可以推測徐福登陸地是一平原。日本是一個由三千多個小島組成的島國。本州、九州、四國與北海道是其中四個大島，總面積達到37.67萬平方公里。全國有24%的面積為平原。較大的平原有關東平原、濃尾平原、畿內平原等。除日本列島外，其他島嶼沒有“平原廣澤”的地理特徵。
另外，徐福東渡日本，在後世的史書資料中也有記載。在《三國志·吳書·吳主傳》中也有記載：“長老傳言秦始皇遣方士徐福將童男女數千人入海，求蓬萊神山及仙藥，止此洲不還。”《後漢書》中，把徐福入海求仙事件附在倭國之後。五代時期義楚和尚所寫《義楚六貼》中提到：“日本亦名倭國，在東海中，秦時，徐福將五百童男，五百童女止此國。”在日本學術界，也有不少史料記述徐福到日本的情況，有《神皇正統記》、《林羅山文集》、《異稱日本傳》、《同文通考》等文獻。林下見林在《異稱日本傳》中説：“夷洲、澶州皆日本。相傳紀伊國熊野之山下有徐福墓。熊野新宮東南有蓬萊山，山前有徐福祠。”新井君美在《同文通考》中説，“今熊野附近有地曰秦住，土人相傳為徐福居住之舊地。由此七八里有徐福祠。其間古墳參差，相傳為其家臣之冢。如斯舊跡今猶相傳，且又有秦姓諸氏，則秦人之來往乃必然之事”。和歌山新宮町《秦徐福碑文》這樣描述：“今東海可當蓬萊者，無可舍皇國他求，則謂日本國，得其實也必矣。”
在日本民間，徐福被尊稱為農神、蠶桑神、醫藥神。還一些日本人認為自己是徐福的後裔，他們的根據是：在日語中，秦與羽田的發音相同。日本前首相羽田孜就稱自己是徐福的後裔。他説：“我是秦人的後裔，我的姓在很早以前寫作‘秦’，我當首相時，考古學家和歷史學家對我的家族進行了調查，並在祖墓碑上發現了‘秦’字。”
然而，有些學者認為，徐福東渡日本只是傳説。日本古文獻中載有徐福傳説者以《神皇正統記》（1339年）為最早，其他大約是十七八世紀的記載，因此他們推斷是受了宋元以來中國文獻的影響。在隋唐時期，日本與中國交往極為頻繁，但在文獻之中卻罕見“徐福”二字。又有學者認為，徐福東渡是歷史事實，但不是去了日本，而是美洲，因為徐福東渡的時間與美洲瑪雅文明的興起相吻合。台灣前上海暨南大學教授、南京古物保存所所長衞聚賢在《中國人發現美洲》考證，美洲特產四十多種動植物礦產為先秦人民所知。如《春秋》記載“六□退飛過宋都”，“□”即美洲特有的“蜂鳥”。是殷朝被滅國後，部分殷人逃到北美后，回國觀光帶回六隻蜂鳥，齊桓公為紀念此次遠征，特在旗上繪製“蜂鳥圖”。聚賢認為哥倫布在發現美洲之前，已有多位中國人到過美洲，故徐福後來東渡美洲很有可能。吳人《外國圖》指出“亶洲去琅琊萬里”，根據距離分析根本不是日本，而是美洲。最早記述倭國的《後漢書》是把亶洲與日本區別開來的。“亶”字有大島的涵義，美洲大陸像“亶”字。故以字形命名。現在檀香山還遺有帶有中國篆書刻字的方形岩石，舊金山附近也有刻存中國篆文的古箭等文物出土，所有這些都是徐福東渡美洲的明證。
疑團之二，徐福東渡為何東渡？關於徐福東渡的原因，據《史記》所言，秦始皇不惜以巨資支持徐福東渡，是為了尋神山仙藥，求長生不死藥。《十洲記》也這樣記載：“秦始皇時，大宛中多枉死者橫道，數有鳥銜草，覆死人面皆登時活，有司奏聞始皇。始皇使使者齎此草，以問鬼谷先生，雲是東海中祖洲上不死之草，生瓊田中，一名養神芝。其葉似菰，生不叢，一株可活千人。始皇於是謂可索得，因遣徐福及童男童女各三千人，乘樓船入海，尋祖洲不返。”
並非所有的言論都支持這種説法，還有不少史書提出了避禍説，《漢書》及《後漢書》中都有相應的記載。《漢書·郊祀志下》這樣説：“徐福、韓終之屬多齎童男女入海，求神采藥，因逃不還，天下怨恨。”《後漢書·東夷傳》説：“又有夷洲及澶洲，傳言秦始皇遣方士徐福將童男女數千人入海，求蓬萊神仙不得，徐福畏誅不敢還，遂止此洲”。唐代詩人汪遵在《東海》詩也寫道：“漾舟雪浪映花顏，徐福攜將竟不還。同舟危時避秦客，此行何似武陵灘。”作者把徐福入海不歸比作陶淵明《桃花源記》所寫的武陵郡漁人避秦亂而移居桃花源之事。南宋祖元和尚為了逃避元代的統治，也東渡到了日本。他有一首祭徐福的詩：“先生採藥未曾回，故國山河幾度埃。今日一香聊遠寄，老僧亦為避秦來。”祖元把自己去日比作徐福避秦。日本新宮市徐福墓碑文也寫道：“蓋徐生之避秦……”
還有一些人持“海外開發”的觀點。他們認為，以秦始皇的雄才大略，絕不會輕信長生仙藥之説，他派徐福出海，可能跟海外開發有關。《呂氏春秋·為欲篇》指出了秦國統治者的理想：“北至大夏，南至北户，西至三危，東至扶木，不敢亂矣。”“扶木”就是“扶桑”，即後來所説的日本。秦始皇一再派徐福等入海尋找三神山，決不是單純為了採神藥，而是為了把東方疆土開拓至日本。
秦始皇統一天下只有十二年的時間，但是四次到東方沿海巡視，這説明他對東方諸島的極大關注。有的學者説：“始皇東巡的根本目的在於實現東至扶木的理想，而徐福探海東渡正是實現始皇理想宏願的具體行動。”秦始皇曾琅琊刻石中説：“普天之下，摶心揖志。器械一量，同書文字。日月所照，舟輿所載。皆終其命，莫不得意。”又説：“西涉流沙，南盡北户。東有東海，北過大夏，人跡所至，無不臣者。”從中可以看出，秦始皇早有吞併日本之意，徐福東渡，或許正與此有關。
疑團之三，徐福的船隊從哪裏啓航？關於這一點的主要説法有：河北省的秦皇島和黃驊附近説，浙江省慈溪和舟山説，江蘇省海州一帶（現在的連雲港贛榆縣）説，山東省登州灣（龍口市黃縣）及膠州灣徐山（青島）琅琊、成山頭説。
對於河北鹽山縣出海説的説法，持這一觀點的人認為徐福入海確有其事，無棣溝入海處即徐福入海處，至今猶存的古秦台舊址就是見證。公元前219年（秦始皇二十八年），秦始皇東巡至琅琊，徐福第一次請求入海。因入海地點選擇不當，中途受阻而歸。公元前210年（秦始皇三十七年），秦始皇再次來到琅琊，徐福請求再次入海。他根據秦始皇的旨意，更換了出海地點，在原齊國舊地饒安（今鹽山縣舊縣鎮），經無棣溝入海。這次東渡到達日本一直未歸。
然而，最有可能的一種是琅琊出海説。徐福的渡海求仙，與琅琊的關係最為密切。秦始皇巡視天下曾三臨琅琊，其間兩次召見徐福。由於他上書地點在琅琊，其出海準備工作和入海地點自然就是琅琊。《史記》這樣記載，“（秦始皇巡幸江南），還過吳，從江乘渡，並海上，北至琅琊。方士徐福等入海求神藥，數歲不得，費多，恐譴，乃詐曰：‘蓬萊藥可得，然常為大鮫魚所苦，故不得至，願請善射與俱，見則以連弩射之’。始皇夢與海神戰，如人狀。問占夢，博士曰：‘水神不可見，以大魚蛟龍為候。今上禱祠備謹，而有此惡神，當除去，而善神可致’。乃令入海者齎捕巨魚具，而自以連弩候大魚出射之。自琅琊北至榮成山，弗見，至之罘，見巨魚，射殺一魚，遂並海西。至平原津而病。”司馬遷明確的指出，秦始皇與徐福自琅琊啓航北上，繞成山至之罘，射殺一巨魚後，秦始皇返回至平原津而病，不日逝世。而徐福則自之罘射巨魚後即遠航異域，從中可以看到，徐福船隊的啓航港應是琅琊港。
迄今為止，仍有眾多有關徐福的疑謎無法作出肯定或否定的結論。大海茫茫，徐福東渡之迷，遂成千古懸案。