不过，关于永泰公主的死因，历来说法不一。一种认为她是被武则天当场赐死的；还有一种说法是武则天将他们交给中宗李显处置，李显想到两个哥哥被母亲灭门的惨景，不由得胆战心惊，于是咬着牙将儿子、女儿、女婿一起勒死。
但自从永泰公主的陵墓在20世纪60年代出土之后，人们普遍认为她是难产而死，或被武则天毒死的。
根据《大唐故永泰公主志铭》碑来看，里面有一句“珠胎毁月”，也就是说当时永泰公主已经怀有身孕了，而17岁的她骨骼纤细柔弱，尚未发育成熟，难产的可能性很大。
而被毒死的猜测同样来自墓志铭。墓志铭上写道：“自蛟丧雄锷，鸾愁孤影；槐火未移，柏舟空泛。”因此有人判断：“自蛟丧雄锷，鸾愁孤影”说明武延基死后，永泰公主曾一个人生活；“槐火未移，柏舟空泛”即焚烧大槐树之火，即杀武延基之事并未波及永泰公主，但她没过多久也死了。至于“珠胎毁月，怨十里之无香”一句，则隐喻永泰公主被武则天所毁，因身怀有孕没有立斩或杖杀，选择了缓期逼她服药自杀。
无论死因如何，年轻的永泰公主永远消失了。她早逝给中宗留下了极深的伤痛，即便后来当了皇帝，他仍然对女儿的惨死伤感自责，至死都念念不忘。或许是为了弥补心中的内疚，他下令将永泰公主墓改成“永泰公主陵”，使其成为中国历史上唯一能享受帝王待遇的公主。
