Die genaue Ursache ist bis heute umstritten. Als wahrscheinlichste Ursache gilt ein Absturz eines Kometen (vorgeschlagen 1930 von H. Shapley ) oder eines Eisen-Asteroiden (L.A.Kulik, 1939) beziehungsweise eines Stein-Asteroiden kleiner Dichte (Fesenkov, 1949), der etwa 6–10 km über dem Boden explodierte und wegen der kleinen Dichte keinen Krater verursachte. Bis heute wurden keine makroskopischen Bruchstücke des Impaktors gefunden. Eine kleinere Vertiefung wurde von L. A. Kulik als Krater gedeutet, was sich allerdings nicht bestätigt hat. Auch die Suche nach mikroskopischen staubförmigen Überbleibseln des Impaktors oder chemischen und isotopischen Anomalien, wie bei Eintrag außerirdischen Materials zu erwarten, ist bisher nicht schlüssig. Nach theoretischen Abschätzungen der möglichen Bahnen des Tunguska-Boliden von P. Farinella et al. (2001) [1] ist ein Stein-Asteroid am wahrscheinlichsten, obwohl auch hier ein Komet nicht vollständig ausgeschlossen werden kann. Die Ergebnisse der jüngsten Tunguska-Expedition 1999 unterstützen die Ansicht vom Meteoriteneinschlag.

Nur wenige Stunden nachdem Tunguska-Ereignis wurde in einem ukrainischen Dorf in der Umgebung Kiews ein Meteoritenfall beobachtet. Zwischen dem aufgefundenen Meteoriten (L6-Chondrit, 1,9 kg, nach seinem Fundort Kagarlyk benannt) und dem Tunguska-Ereignis wurde wegen des ansonsten unwahrscheinlichen zeitlichen Aufeinandertreffens ein Zusammenhang vorgeschlagen [2]. Messungen des Bestrahlungsalters von Kagarlyk [3] ergaben jedoch ein für L6-Chondrite sehr typisches Bestrahlungsalter von 16,2 Millionen Jahre. Demnach ist es unwahrscheinlich, dass Kagarlyk sich erst kurz vor der Explosion vom Tunguska-Objekt abgespalten hat wie es in [2] vorgeschlagen wurde und Kagarlyk scheint eher die gleiche Herkunft zu haben wie die anderen L6-Chondrite.

Neben der Einschlaghypothese wurden auch alternative Theorien vorgeschlagen. Der russische Wissenschaftler Andrei Yu. Ol'khovatov vertritt bereits seit Ende der 1980er Jahre eine rein geophysikalische Deutung des Tunguska-Ereignisses. So auch der deutsche Astrophysiker Wolfgang Kundt der die These vertritt, dass es sich um einen vulkanähnlichen Ausbruch handelt. Demnach wäre das Ereignis als Explosion von 10 Millionen Tonnen Erdgas, das über Risse aus einem unterirdischen natürlichen Erdgaslagers entwichen ist und sich entzündete, zu erklären. Diese These kann jedoch nicht die von Zeugen beobachtete helle Leuchterscheinung erklären, da die Gasexplosion eher wie ein normales (wenngleich extrem großes) Feuer, aber nicht wie ein sonnenähnlicher Feuerball leuchten würde.

Zu den exotischeren bis esoterischen Erklärungsversuchen gehören eine natürliche Nuklearexplosion, ein kleines Schwarzes Loch oder der Absturz eines außerirdischen Raumschiffs.

Es gibt einige Berichte über ähnliche, wenn auch schwächere Explosionen. So soll 1930 über dem Amazonasgebiet eine ähnliche, wenn auch ungefähr einhundertmal schwächere Explosion stattgefunden haben. Auch in Nordamerika soll es in den 60er Jahren ein ähnliches Ereignis gegeben haben.