Beberapa teori telah dicadangkan untuk menerangkan mekanisme kognitif yang mendasari fenomena tersebut:

• Pemilihan jodoh: Penilaian yang didorong secara automatik terhadap rangsangan gerun ini menimbulkan rasa keengganan dengan mengaktifkan mekanisme kognitif berevolusi untuk mengelakkan dari memilih jodoh yang mempunyai kesuburan rendah, kesihatan hormon buruk, atau sistem imun yang tidak berkesan berdasarkan ciri-ciri yang ada pada muka dan badan.[8]
• Pencegahan patogen: Rangsangan gerun boleh mengaktifkan mekanisme kognitif yang pada asalnya berkembang untuk memotivasi diri untuk mengelak dari sebarang kemungkinan sumber patogen dengan tindak balas jijik. "Semakin manusiawi sesuatu organisma kelihatan, semakin kuat keengganan terhadap kecacatanannya, kerana (1) kecacatan itu menunjukkan adanya penyakit, (2) lebih banyak organisma yang kelihatan manusia lebih rapat dengan manusia secara genetik, dan (3) kemungkinan manusia untuk menghidap bakteria, virus, dan parasit yang berpotensi menyebabkan penyakit meningkat seiring persamaan genetik." [8] Anomali visual android, robot, dan watak manusia animasi lain menyebabkan reaksi kecemasan dan kebencian, serupa dengan mayat dan individu yang jelas kelihatan tanda-tanda penyakitnya.[9][10]
• Paradoks Sorites: Rangsangan dengan kewujudan serentak ciri-ciri manusia dan ciri-ciri bukan manusia merosakkan rasa identiti manusia dengan menghubungkan kategori yang berbeza secara kualitatif (sama ada bermanusiawi atau bukan) dengan metrik kuantitatif, iaitu tahap kemiripan manusia.[11]
• Pelanggaran norma manusia: Jika sesuatu entiti itu kelihatan cukup tidak manusiawi, namun ciri-ciri dalaman manusianya kelihatan, maka manusia boleh bersifat empati. Namun, jika entiti tersebut kelihatan hampir sama dengan manusia, ia menimbulkan dalam minda seseorang sesuatu model jangkaan manusia lain dan jangkaan peraturan terperinci. Ciri-ciri yang tidak manusiawi kelihatan pada entiti tersebut, memberi seseorang yang melihatnya perasaan aneh. Dengan kata lain, sesuatu robot yang rupanya di dalam lembah gerun tidak lagi dinilai mengikut standard robot yang melakukan kerja kononnya seperti manusia, tetapi sebaliknya dinilai mengikut piawai manusia yang melakukan kerja buruk untuk bertindak seperti seorang manusia biasa. Hal ini telah dikaitkan dengan ketidakpastian persepsi dan teori pengekodan ramalan.[12][13][14]
• Tanda persepsi bercanggah: Kesan negatif yang berkaitan dengan rangsangan gerun dihasilkan oleh pengaktifan perwakilan kognitif bercanggah. Ketegangan persepsi berlaku apabila seseorang individu itu mengamati isyarat yang bercanggah dengan keanggotaan kategori, seperti apabila patung humanoid bergerak seperti robot, atau mempunyai ciri robot yang kelihatan lain. [15][16] Percanggahan kognitif ini dialami sebagai ketidaknyamanan psikologi (yakni, "keseraman"), seperti ketidaknyamanan yang dialami dengan ketidakselarasan kognitif.[17][18] Terdapat beberapa kajian menyokong kemungkinan ini. Mathur dan Reichling mendapati bahawa masa yang diambil subjek untuk mengukur tahap kemiripan robot sama ada ke arah manusia atau ke arah mekanikal mencapai nilai puncak untuk muka yang berkedudukan paling dalam di satah lembah gerun, menunjukkan bahawa pengklasifikasian wajah ini sebagai sama ada "manusia" atau "robot" secara persepsi menimbulkan cabaran kognitif yang lebih besar.[19] Namun, mereka mendapati bahawa walaupun kekeliruan persepsi bertepatan dengan lembah gerun, ia tidak mengantarakan kesan lembah gerun pada reaksi sosial dan emosi oleh subjek tersebut - menunjukkan bahawa kekeliruan persepsi mungkin bukan mekanisme di sebalik kesan lembah gerun. Burleigh et al. menunjukkan bahawa wajah-wajah yanng di titik tengah antara rangsangan manusia dan rangsangan bukan manusia menghasilkan satu tahap kegerunan yang menyimpang dari model linear antara kemiripan manusia melawan kesannya. [20] Yamada et al. mendapati bahawa kesukaran kognitif dikaitkan dengan kesan negatif di titik tengah kontinum perubahan wajah (contohnya, satu siri rangsangan berubah antara anjing kartun dan anjing sebenar).[21] Ferrey et al. menunjukkan bahawa titik tengah antara gambar-gambar yang terletak pada kontinum yang ditambat oleh dua kategori rangsangan menghasilkan kesan negatif maksimum, dan mendapati perkara tersebut juga sama berlaku apabila melibatkan entiti manusia dan entiti bukan manusia.[16] Schoenherr dan Burleigh pula memberikan contoh dari aspek sejarah dan budaya yang membuktikan penentangan terhadap entiti hibrid, seperti penentangan terhadap organisma genetik termodifikasi ("Frankenfoods").[22] Akhirnya, Moore membangunkan model matematik Bayesian yang menyediakan laporan kuantitatif konflik persepsi.[23] Terdapat beberapa perdebatan mengenai mekanisme tepat yang berkaitan dengan lembah gerun ini.[24] Terdapat beberapa hujah berkenaan kesan lembah gerun ini didorong oleh kesukaran pengkategorikan,[25][26] pemprosesan konfigurasi, ketidakcocokan persepsi,[27] pemekaan berdasarkan frekuensi,[28] dan penurunan nilai inhibitor.[29]

• Ancaman terhadap ciri distingtif dan identiti manusia: Reaksi negatif terhadap robot yang sangat mirip manusia boleh dikaitkan dengan cabaran robot seperti ini terhadap pengkategorian antara perbezaan manusia dan yang bukan manusia. Kaplan[30] menyatakan bahawa mesin-mesin baru ini mencabar keunikan manusia, mendorong pentakrifan semula ciri-ciri manusia. Ferrari, Paladino dan Jetten[31] mendapati bahawa peningkatan penampilan antropomorfik sesuatu robot membawa kepada peningkatan ancaman terhadap ciri distingtif dan identiti manusia. Semakin sesuatu robot itu menyerupai orang sebenar, semakin tinggi perwakilannya terhadap cabaran identiti sosial manusia.
• Definisi agama identiti manusia: Kehadiran entiti buatan tetapi seperti manusia dilihat oleh sesetengah orang sebagai ancaman kepada konsep identiti manusia. Contohnya boleh didapati dalam kerangka teori pakar psikiatri Irvin Yalom. Yalom menjelaskan bahawa manusia membina pertahanan psikologi untuk mengelakkan kecemasan keberwujudan yang tercetus dari kematian. Salah satu cara pertahanan ini ialah "keistimewaan diri", kepercayaan tak rasional berkenaan penuaan dan kematian sebagai premis paksi kehidupan berlaku kepada semua orang selain diri sendiri.[32] Pengalaman robot "hidup" yang amat mirip manusia boleh menjadi begitu hebat dan menarik sehingga ia mencabar konsep manusia tentang "keistimewaan diri" dan pertahanan keberwujudan, menimbulkan kebimbangan keberwujudan diri. Dalam cerita dongeng biasa, penciptaan makhluk mirip manusia, tetapi tanpa jiwa sering ditunjukkan sebagai tidak bijak, seperti dengan golem dalam agama Yahudi, yang ketiadaan empati dan semangat manusia boleh membawa kepada bencana, walaupun niat pencipta itu baik.[33]
• Lembah gerun antara minda akal atau AI: Disebabkan kemajuan pesat dalam bidang kecerdasan buatan dan pengkomputeran afektif, saintis kognitif juga telah mencadangkan kemungkinan "lembah gerun minda akal".[34][35] Menurutnya, seseorang itu mungkin mengalami perasaan sangat benci jika mereka bertembung dengan teknologi yang sangat maju dan sensitif terhadap emosi. Antara penjelasan yang mungkin untuk fenomena ini melibatkan kehilangan sifat keunikan manusia yang dirasakan dan jangkaan kerosakan fizikal segera yang masih dibincangkan oleh penyelidikan kontemporari.

Penyelidikan

Satu siri kajian secara eksperimen menyiasat sama ada kesan lembah yang luar biasa wujud untuk imej statik muka robot. Mathur MB & Reichling DB[19] menggunakan dua set rangsangan pelengkap yang merangkumi julat daripada rangsangan yang sangat mekanikal kepada rangsangan yang sangat mirip manusia: yang pertamanya melibatkan sampel 80 imej muka robot yang dipilih secara objektif daripada carian Internet, dan yang kedua melibatkan set siri wajah bermuka enam yang dikawal secara morfometrik dan grafik. Mereka meminta subjek untuk menilai secara eksplisit kesukaan mereka terhadap setiap wajah. Untuk mengukur kepercayaan terhadap setiap wajah, subjek menyelesaikan permainan pelaburan sekali sahaja untuk secara tidak langsung mengukur jumlah wang yang mereka sanggup "bertaruh" pada kebolehpercayaan robot. Kedua-dua set rangsangan menunjukkan kesan lembah gerun yang teguh pada tahap kesukaan yang dinilai secara eksplisit dengan lembah gerun yang lebih bergantung pada konteks pada kepercayaan yang dinilai secara tersirat. Analisis penerokaan mereka terhadap satu mekanisme yang dicadangkan untuk lembah gerun, kekeliruan persepsi pada sempadan kategori, mendapati bahawa kekeliruan kategori berlaku di lembah gerun tetapi tidak mengantara kesan ke atas tindak balas sosial dan emosi.

Satu kajian yang dijalankan pada tahun 2009 mengkaji mekanisme evolusi di sebalik keengganan yang dikaitkan dengan lembah gerun. Sekumpulan lima monyet telah ditunjukkan tiga imej: dua muka monyet 3D berbeza (realistik, tidak realistik), dan foto sebenar muka monyet. Pandangan mata monyet digunakan sebagai proksi untuk keutamaan atau keengganan terhadap imej tersebut. Disebabkan imej wajah monyet 3D yang realistik dipandang kurang daripada sama ada foto sebenar atau imej wajah monyet 3D yang tidak realistik, ini ditafsirkan sebagai petunjuk bahawa perserta monyet tersebut menemukan ketidaksukaan mereka terhadap wajah 3D yang realistik, atau sebaliknya memilih dua imej yang lain. Seperti yang dijangkakan dengan lembah gerun, peningkatan realisme boleh membawa kepada tindak balas yang kurang positif, dan kajian ini menunjukkan bahawa kedua-dua proses kognitif khusus manusia atau budaya manusia tidak dapat menjelaskan lembah gerun. Dalam erti kata lain, tindak balas penolakan terhadap realisme ini boleh dikatakan sebagai berasal dari evolusi.[36]

Sehingga ke tahun 2011, penyelidik di Universiti California, San Diego dan Institusi Telekomunikasi dan Teknologi Maklumat California telah mengukur pengaktifan otak manusia yang berkaitan dengan lembah gerun ini.[37][38] Dalam satu kajian menggunakan FMRI, sekumpulan ahli sains kognitif dan ahli robotik mendapati perbezaan terbesar dalam tindak balas otak untuk robot yang tidak gerun di korteks parietal, pada kedua-dua sisi otak, khususnya di kawasan yang menghubungkan bahagian korteks visual otak yang memproses pergerakan badan dengan bahagian korteks motor yang dianggap mengandungi neuron cermin. Para penyelidik mengatakan bahawa mereka melihat, pada dasarnya, bukti ketidaksepadanan atau konflik persepsi.[39] Otak "bercahaya" apabila penampilan manusia android dan pergerakan robotnya "tidak terkira". Ayşe Pınar Saygın, seorang profesor pembantu dari UCSD, menyatakan bahawa "Otak tidak kelihatan selektif menyesuaikan diri dengan penampilan biologi atau pergerakan biologi per se. Apa yang nampaknya dilakukan adalah mencari jangkaannya untuk dipenuhi - untuk penampilan dan pergerakan menjadi kongruen".[40][41][42]

Persepsi penonton terhadap ekspresi muka dan pertuturan dengan lembah gerun dalam watak realistik mirip manusia yang dirancang untuk permainan video dan filem disiasat oleh Tinwell et al., 2011.[43] Pertimbangan juga diberikan oleh Tinwell et al. (2010) tentang bagaimana kegerunan tersebut mungkin dibesar-besarkan untuk watak antipati dalam permainan seram kelangsungan hidup. [44] Dibina atas badan kerja yang telah dijalankan dalam sains android, penyelidikan ini berhasrat untuk membina rangka kerja berkonsep berkaitan lembah gerun menggunakan watak 3D yang dijana dalam enjin permainan masa nyata. Matlamatnya adalah untuk menganalisis bagaimana faktor rentas modal ekspresi muka dan pertuturan boleh membesar-besarkan sifat kegerunan itu. Tinwell et al., 2011 [45] juga telah memperkenalkan tanggapan dinding gerun 'tidak berskala' yang menunjukkan bahawa kecermatan penonton untuk mengesan ketidaksempurnaan dalam realisme akan seiring dengan teknologi baharu dalam simulasi realisme. Ringkasan penyelidikan Angela Tinwell mengenai lembah gerun, sebab-sebab psikologi di sebalik lembah gerun dan cara pereka boleh mengatasi sifat kegerunan pada watak maya seperti manusia ditulis dalam bukunya, The Uncanny Valley in Games and Animation oleh CRC Press .