这些推测虽然有道理，却不能完全解释山洞的冰不融化的原因。经过研究科学家们得知这个山洞的成分为碳酸钙，而山阳的煤层被地质运动抬升到地表，由此可以看出，这里曾发生过玄武岩岩基侵入碳酸钙地层的事故，这次事故不但使得煤层被拱上来，还在山体中形成了一堵坚硬的间隔石板墙，使山阴和山阳之间的热交换受到很大的阻拦。这样一来，山阳虽然不断发生煤的自燃现象，却不会影响到山阴的一面。而洞里的冰不融化还应该有一个最重要的自我调节机制，才能解释是什么力量使得山洞结出第一块冰，这块母冰怎样调节机制，令之后的冰从不融化。
追溯过去，大约在1亿多年前，山西地区还处在比现在更南的纬度，地势远较今天要低。而那时的宁武地区是一片低洼湿地，雨水充沛，气候温暖，植物丰茂，之后死亡的植物被大量堆积在地下，形成煤层。后来地质变动，这里又成为了碳酸钙地貌。
大约在几千万年前，受到玄武岩岩基入侵，地质运动反复抬升，又把宁武地区拱上来。地下水开始侵蚀溶洞，便形成了这个特殊的山洞，由于山洞底低口高，外部热空气很难进入洞内与之进行热交换，因为山洞里没有热能补充，洞里的温度便越来越低，而随着地壳的运动，山洞逐渐被抬升到了1千米以上，受到外部气候的影响，山洞的气温就更低。
