据了解，目前龟山汉墓主要有四大谜团尚未解开：
第一、汉墓的两条甬道长56米，沿中线开凿，最大偏差仅为5毫米，精度达1/10000，两条甬道相距19米，夹角为20秒，误差为1/16000，且墓道两壁都磨平如镜。按当时的技术水平，如何能修建这样的墓道？
第二、龟山汉墓为典型的崖洞墓，其15间墓室和两条墓道总面积达700多平方米，容积达2600多立方米，几乎掏空了整个山体。当时是如何掌握山体的石质和结构，使施工得以顺利进行？
第三、刘夫人墓室的前厅和棺室及石柱上分别留有乳头状石包，分布走向呈不规则排列，绝非工艺点缀，它到底是什么意思？有人认为它象征着照明的灯盏，还有人认为是象征着楚襄王刘注上应天星，但细考之，都不能自圆其说。
第四、楚王棺室北面墙上清楚地显示着一位真人大小的影子，它身着汉服，峨冠博带，作拱手迎宾状，被称为“楚王迎宾”。这一形象是在墓室正式开放后逐渐形成的。有人认为它是长期渗水所致，但影子外却没有任何渗水痕迹；有人认为是由于岩石石质不同而形成，但它为什么偏偏出现在楚王棺室呢？这也成为龟山汉墓的最大一谜。