徐福东渡一事，最早出现于司马迁的《史记》。据《史记・秦始皇本纪》记载:秦始皇二十八年（公元前219年），“齐人徐福等上书，言海中有三神山，名曰蓬莱、方丈、瀛洲，仙人居之。请得斋戒，与童男女求之，于是遣徐福发童男女数千人，入海求仙人。”秦始皇三十七年（公元前210年），徐福再次求见秦始皇。因为九年前第一次入海求仙药，花费了巨额钱财未果，这时徐福谎称由于大鱼阻拦所以未能成功，于是请求配备强弩射手再次出海。秦始皇便相信了徐福的谎言，第二次派徐福出海。徐福于是率“童男童女三千人”和“百工”，携带“五谷子种”，乘船泛海东渡，成为迄今有史记载的东渡第一人。对于徐福东渡，《史记・淮南衡山列传》也有记载:“（秦始皇）遣振男女三千人，资之五谷种种百工而行。徐福得平原广泽，止王不来。”
徐福东渡把秦代文明传入日本，促进了日本社会质的飞跃。徐福因此在日本被尊为农耕神、蚕桑神和医药神，日本纪念徐福的祭祀活动历千年而不衰。但是，自从司马迁在《史记》中第一次记载徐福东渡活动以来，也把与徐福有关的疑谜留给了后人。
疑团之一，徐福东渡是否到达日本？关于徐福的目的地的问题，学术界大多数学者认为，徐福东渡确实到了日本，甚至有人提出，徐福到日本后建立了日本王朝，徐福就是神武天皇;也有学者对此一说法提出质疑。认为到了海南岛或者是朝鲜，还有人提出到了美洲。
据《史记・淮南衡山列传》中的记载:“徐福得平原广泽，止王不来。”可以推测徐福登陆地是一平原。日本是一个由三千多个小岛组成的岛国。本州、九州、四国与北海道是其中四个大岛，总面积达到37.67万平方公里。全国有24%的面积为平原。较大的平原有关东平原、浓尾平原、畿内平原等。除日本列岛外，其他岛屿没有“平原广泽”的地理特征。
另外，徐福东渡日本，在后世的史书资料中也有记载。在《三国志・吴书・吴主传》中也有记载:“长老传言秦始皇遣方士徐福将童男女数千人入海，求蓬莱神山及仙药，止此洲不还。”《后汉书》中，把徐福入海求仙事件附在倭国之后。五代时期义楚和尚所写《义楚六贴》中提到:“日本亦名倭国，在东海中，秦时，徐福将五百童男，五百童女止此国。”在日本学术界，也有不少史料记述徐福到日本的情况，有《神皇正统记》、《林罗山文集》、《异称日本传》、《同文通考》等文献。林下见林在《异称日本传》中说:“夷洲、澶州皆日本。相传纪伊国熊野之山下有徐福墓。熊野新宫东南有蓬莱山，山前有徐福祠。”新井君美在《同文通考》中说，“今熊野附近有地曰秦住，土人相传为徐福居住之旧地。由此七八里有徐福祠。其间古坟参差，相传为其家臣之冢。如斯旧迹今犹相传，且又有秦姓诸氏，则秦人之来往乃必然之事”。和歌山新宫町《秦徐福碑文》这样描述:“今东海可当蓬莱者，无可舍皇国他求，则谓日本国，得其实也必矣。”
在日本民间，徐福被尊称为农神、蚕桑神、医药神。还一些日本人认为自己是徐福的后裔，他们的根据是:在日语中，秦与羽田的发音相同。日本前首相羽田孜就称自己是徐福的后裔。他说:“我是秦人的后裔，我的姓在很早以前写作‘秦’，我当首相时，考古学家和历史学家对我的家族进行了调查，并在祖墓碑上发现了‘秦’字。”
然而，有些学者认为，徐福东渡日本只是传说。日本古文献中载有徐福传说者以《神皇正统记》（1339年）为最早，其他大约是十七八世纪的记载，因此他们推断是受了宋元以来中国文献的影响。在隋唐时期，日本与中国交往极为频繁，但在文献之中却罕见“徐福”二字。又有学者认为，徐福东渡是历史事实，但不是去了日本，而是美洲，因为徐福东渡的时间与美洲玛雅文明的兴起相吻合。台湾前上海暨南大学教授、南京古物保存所所长卫聚贤在《中国人发现美洲》考证，美洲特产四十多种动植物矿产为先秦人民所知。如《春秋》记载“六□退飞过宋都”，“□”即美洲特有的“蜂鸟”。是殷朝被灭国后，部分殷人逃到北美后，回国观光带回六只蜂鸟，齐桓公为纪念此次远征，特在旗上绘制“蜂鸟图”。聚贤认为哥伦布在发现美洲之前，已有多位中国人到过美洲，故徐福后来东渡美洲很有可能。吴人《外国图》指出“洲去琅琊万里”，根据距离分析根本不是日本，而是美洲。最早记述倭国的《后汉书》是把洲与日本区别开来的。“”字有大岛的涵义，美洲大陆像“”字。故以字形命名。现在檀香山还遗有带有中国篆书刻字的方形岩石，旧金山附近也有刻存中国篆文的古箭等文物出土，所有这些都是徐福东渡美洲的明证。
疑团之二，徐福东渡为何东渡？关于徐福东渡的原因，据《史记》所言，秦始皇不惜以巨资支持徐福东渡，是为了寻神山仙药，求长生不死药。《十洲记》也这样记载:“秦始皇时，大宛中多枉死者横道，数有鸟衔草，覆死人面皆登时活，有司奏闻始皇。始皇使使者赍此草，以问鬼谷先生，云是东海中祖洲上不死之草，生琼田中，一名养神芝。其叶似菰，生不丛，一株可活千人。始皇于是谓可索得，因遣徐福及童男童女各三千人，乘楼船入海，寻祖洲不返。”
并非所有的言论都支持这种说法，还有不少史书提出了避祸说，《汉书》及《后汉书》中都有相应的记载。《汉书・郊祀志下》这样说:“徐福、韩终之属多赍童男女入海，求神采药，因逃不还，天下怨恨。”《后汉书・东夷传》说:“又有夷洲及澶洲，传言秦始皇遣方士徐福将童男女数千人入海，求蓬莱神仙不得，徐福畏诛不敢还，遂止此洲”。唐代诗人汪遵在《东海》诗也写道:“漾舟雪浪映花颜，徐福携将竟不还。同舟危时避秦客，此行何似武陵滩。”作者把徐福入海不归比作陶渊明《桃花源记》所写的武陵郡渔人避秦乱而移居桃花源之事。南宋祖元和尚为了逃避元代的统治，也东渡到了日本。他有一首祭徐福的诗:“先生采药未曾回，故国山河几度埃。今日一香聊远寄，老僧亦为避秦来。”祖元把自己去日比作徐福避秦。日本新宫市徐福墓碑文也写道:“盖徐生之避秦……”