汉代的居延及居延泽一带地区，有人认为就是当时的张掖县，如《史记·匈奴列传·索隐》引韦昭曰：“居延，张掖县”，即为例证。这种说法，唐人颜师古早已指出其非。他在《汉书·武帝纪》元狩二年条的注文中说：“居延，匈奴中地名也，韦昭以为张掖县，失之。”据近代考古学家陈梦家先生考证，汉之居延，就是今天内蒙古自治区的额济纳旗所辖地。不过，居延作为地名，是经过了一段曲折过程的。自远古到汉初，居延这个名称似乎还没有出现于史籍。当时，流经这里的河水，被称为“弱水”；弱水下游的沙碛地带，叫做“流沙”；容纳弱水的湖泊，被称为“南海”。这就是《尚书·禹贡》篇、《淮南子·地形篇》及《史记·夏本纪》等书中所反映出来的情况，表明当时尚无居延之名。大约到了汉初，居延的名称出现了。只是这时的居延，还是作为属于匈奴人的一支种族名称而出现的，正如颜师古在《汉书·武帝纪》元狩二年注文里所说的：“张掖所置居延县者，以安置所获居延人而置此县。”由此可见，“居延”最初本为种族名称。陈梦家先生认为颜师古的说法很值得重视，并以《汉书·地理志》所载以龟兹县处“龟兹国人之来降者”为证据，证明汉武帝设居延县是用以处置所获居延人的说法是正确的。且《史记·大宛列传》谓武帝太初三年（前102年），“北置居延、休屠以卫酒泉”，“休屠”为匈奴单于之名甚明，居延既与之并列，则更有可能是种族名称。这就是“居延”这一名称的最初含义。
后来，由于这个地区有属于匈奴族的居延人居住，因而“居延”就逐渐成了地名及水名、泽名。《汉书·武帝纪》元狩二年条颜师古注曰：“居延，匈奴中地名也”；《后汉书·明帝纪》永平十六年条章怀太子李贤注曰：“居延，本匈奴中地名也。”由此可见，匈奴人早在汉武帝设居延县之前，便已用“居延”作为这里的地名。《史记·卫将军骠骑列传》谓路博德：“其后坐法失侯为强弩都尉，屯居延，卒。”陈梦家先生据《汉书·景武昭宣元成功臣表》考证，认为路博德失侯事发生于武帝太初元年（前104年），故知“居延”作为地名，确已在武帝太初三年设置居延县之前就有了。至于用居延名称这里的河水，也同样发生于武帝太初三年之前。《汉书·霍去病传》谓骠骑将军“涉钧耆、济居延”，注引张晏曰：“钧耆、居延，皆水名也。”又《史记·匈奴列传》元狩二年（前121年）骠骑将军“过居延”；《史记·卫将军骠骑列传》亦作元狩二年骠骑将军“逾居延”。按照《尚书·禹贡》的惯例，凡言所“过”、所“逾”的地方，都是指水名；至于所“济”之指水名，殆无疑义。因此，上面这些记载，都说明早在武帝太初三年设居延县之前，匈奴人不仅已用“居延”做地名，而且也已用“居延”做水名。
到了汉武帝太初三年，由于连年命霍去病等用兵匈奴，屡败匈奴主力，也降服了一部分匈奴人。而且这部分匈奴人中，就包括有原来居住于居延地区的居延人。于是汉武帝就在这里新设居延县，用以处置这批降服了的居延人。与此同时，武帝又命早已屯驻于此的强弩都尉路博德，在新设的居延县筑城，即《史记·匈奴列传》所谓太初三年，“使强弩都尉路博德筑居延泽上”，亦即《汉书·武帝纪》所说太初三年使路博德“筑居延”，居延城之名遂由此始。至于“居延泽”或“居延海”的名称，也有可能发生于居延设县之前，这从上引《史记·匈奴列传》武帝使路博德“筑居延泽上”的话中，可以窥见。
武帝于太初三年，除设置了“居延县”和修建了“居延城”之外，还在这里设置了“都尉”，谓之“居延都尉”。《汉书·地理志》张掖郡条，谓其所辖有居延县，“居延泽在东北，古文以为流沙，都尉治”。还说“武帝使伏波将军路博德筑遮虏障于居延城”。可见除居延县有城墙可以防守之外，还在这里专门修筑军事要塞遮虏障，居延从此成了汉代防御匈奴南下和保卫河西四郡的重要战略要地。自此以后，西汉往往以居延为基地出击匈奴贵族。如天汉二年（前99年），武帝命“骑都尉李陵将兵五千人，出居延北，与单于战，斩首万余级”。天汉四年，武帝又命贰师将军李广利从朔方出击匈奴，并以屯驻于居延城的强弩都尉路博德率“步骑万余人”与之会合。居延城一带当时屯兵之多及其战略上的重要，于此可见其一斑。居延县、居延城，居延泽与居延海等名称，自汉武帝征伐匈奴前后开始出现，一直被长期沿用。
但是，随着时间的推移，居延作为地名，也同它的地貌一样在发生变化。到元代以后，流经汉代居延地区的“弱水”之名，已被蒙古语“额济纳河”一名代替了。蒙古语“额济纳”，或作“额济讷”、“额济内”，亦作“亦集乃”，实乃同音异译。到了清初，汉代的居延地区，又成了蒙古族土尔扈特部的牧地，当时称之为“额济纳果尔”。
按“果尔”，即蒙古语之“都仑”，乃河水名称。《蒙古游牧记》卷十六，又谓额济纳旗的牧地“跨昆都仑河”，何秋涛补注引《会典图说》曰：“额济讷旧土尔扈特旗，在居延海，无居川，惟昆都仑河自甘肃肃州北流，经额济讷旗，分二道汇为泽，俱曰居延海。”由此可见，清代土尔扈特部所在之昆都仑河，即元代之额济纳河，亦即汉代之弱水下游，其流经之地，恰为汉代的居延地区。而今日的额济纳旗所辖地区，就是清代土尔扈特部牧地的直接延续。因此，今日之额济纳旗所辖地，确是汉代的居延地区。
从近几十年来考古发掘的情况看，更可以确证今日之额济纳旗所辖地，就是汉代的居延地区。今日的额济纳旗，虽然不再见有弱水之名，虽然居延城的遗址也被黄沙所吞没而难于确定其所在。但是，额济纳河的名称依然存在，沿着此河下游两岸，布满了古代遗留下来的历历可数的烽燧遗址；额济纳旗旗政府所在地达兰库布的东北和东南、西南，分别有宗间阿玛、黑城子及破城子等城堡遗址。如果说黑城子遗址的年代还难于确定的话，那么其他遗址的时代却可确知。例如在宗间阿玛附近的瓦因托尼，便发现了汉代“通泽第二亭”的月食簿简文；在黑城子东南约二十五里的博罗松治，也有大批汉简出土，有人认为这里可能就是汉代卅井候官所在地，距达兰库布约二十五公里的破城子，更是汉简出土的主要地址，而且根据这里出土的汉简，可以确证它就是汉代的甲渠候官所在地。著名汉简专家陈梦家先生，根据居延汉简作了详尽而精辟的考证，他认定位于瓦因托尼遗址之南、达兰库布之东的K710遗址，有可能就是汉时代的居延城；而且认定汉代的居延都尉府，就设在A8号遗址破城子；还弄清了当时的居延都尉管辖有殄北候官、居延候官、遮虏候官、卅井候官及甲渠候官五个候官，每个候官之下各有若干烽燧。在居延都尉辖地之南，则为《盐铁论·复古》篇中所提到的扇（肩）水都尉，其都尉府便在当时的金关，即今日的地湾。然后由此向南，沿着古代的烽燧遗址，可以直达当时的张掖郡的治所—— 得，与《汉书·地理志》所载居延县属张掖郡的情况完全吻合。这些实证证明今日的额济纳旗所辖地，确系汉时代的居延地区。