新月形沙丘的形成過程是一個逐步演化的結果，主要經歷以下幾個階段：
初始階段。在新月形沙丘的形成過程中，首先出現的是一種較小的盾形沙堆，這通常是由定向風作用在地面上的草叢或灌木上形成的。
風吹蝕和旋渦形成。當風沙流遇到這種沙堆時，氣流在沙堆的背風坡發生分離，形成具有水平軸的渦旋。這種渦旋導致部分沙粒在背風坡的渦旋區沉積下來。
沙丘的演化。隨著更多沙粒的沉積，盾形沙堆逐漸增大，背風坡的坡度不斷加陡，當背風坡度達到沙子的最大休止角（約34°）時，部分沙子發生剪下運動而崩塌，形成小落沙坡。
翼部的形成。隨著沙丘的不斷增高，氣流分離更加劇烈，渦流的尺度和強度都不斷加大。沿沙堆兩側繞過的氣流將沙子搬運到兩側的前方堆積，從而在沙丘的兩翼形成兩個順著風向伸出的角。
成熟階段。最終，這些過程共同作用形成了典型的新月形沙丘。
整個過程展示了新月形沙丘從簡單的盾形沙堆逐漸演變為具有明顯翼部的成熟形態。