胡焕庸线形成有其自然背景。“它是气候变化的产物。”中国科学院科技政策与管理科学研究所教授王铮表示，现在认为胡焕庸线是中国东南季风的影响范围，而在1230年以前，气候形势并不如此。1230年—1260年的气候突变，基本奠定了中国的现代气候特征。由此时期开始，各种旱涝灾害特别是大洪涝灾害空间频率分布的走向与胡焕庸线日趋吻合，越到近代越明显。所以说，胡焕庸线表现出中国的现代气候特征。
王铮等学者研究发现，因气候变化导致农业生产潜力波动，人口则因农业产出的区域不同作相应变化，从而形成了后来胡焕庸所发现的人口地理分界线——胡焕庸线。这仅是解释胡焕庸线成因的一个主要理论。
在汉唐时期，西部的黄土高原及关中地区气候较为温暖湿润，因而能够承载更多的人口，从而成为历代中国政治、经济中心。唐中期曾频繁从长安迁都洛阳，除了政治、经济上的解释，长安地区不断发生的自然灾害也是重要原因之一。宋代以后，气候变化日益表现出“胡焕庸方向”的趋势，中国人口、文化、经济重心遂逐渐南迁长江流域。明清两代，政府虽然大力经营甘肃，但胡焕庸线以西，生态环境日益恶化，粮食自给已成问题。
王铮、吴静通过建立“中国历史人口地理演变的自主体模拟模型”，重现了伴随气候变化而来的土地资源数量和农业产出的波动，并模拟显示出大约在公元918年，中国南方人口总数超过北方人口总数，此后人口分布南重北轻的格局始终再未改变。换言之，中国人口分布的南重北轻的格局在唐末到五代之间开始形成。此后随着气候温暖期的结束，至1240年，中国人口的东西分布差异最终形成，从而出现胡焕庸线所展示的人口分布特点。
也就是说，胡焕庸线是气候变化的产物。近代发现的400毫米等降水量线，是我国半湿润区和半干旱区的分界线，该线与胡焕庸线基本重合，也揭示出气候与人口密度的高度相关性。年降水量不足400毫米，土地便向荒漠化发展，正如西北部的草原、沙漠、高原等景色和以畜牧业为主的经济，东南部降水充沛则地理、气候迥异，农耕经济发达。
