6世紀的隋朝銅鏡的十二生肖，由十二種動物組成。
十二生肖對應十二地支。在採行太歲和干支紀年後，每一生肖代表十二歲中的某一年，如東漢《太平經》的〈有德人祿命訣〉：「寅、申之歲……寅為文章，在木之鄉，山林猛獸，自不可當。但宜清潔，天遣令狩，不宜數見，多畏之者，名之為虎……申為其衝，了不相亡，多惡畏夜，但能緣木上下」，文中將虎和寅、（緣木上下的）猴和申配對，可見得生肖和干支紀年在東漢時已有對應。後世生肖多與年相配，供人推算年命。但先秦日書中，生肖用來配日，與紀日干支的十二支相配，用於占盜，以追捕盜賊[3]。《抱朴子》也記載「山中寅日，有自稱虞吏者，虎也；稱當路君者，狼也；稱令長者，老狸也。卯日稱丈人者，兔也；稱東王父者，麋也；稱西王母者，鹿也。……」，將干支紀日和多種動物相配，用於登山涉水時，施行劾鬼禁邪的法術（這些鬼神是由動物變化而成的精怪，若知其物名，則不能為害）。
演變和定形
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現行十二生肖的具體動物，定形於東漢。在戰國時期，有不同的組合。
《日書》十二獸[4]
年代
文獻
子
丑
寅
卯
辰
巳
午
未
申
酉
戌
亥
前3世紀
睡虎地
鼠
牛
虎
兔
蟲
*鹿
馬
*環
*水
*老羊
豕
放馬灘
鼠
牛
虎
兔
蟲
雞
馬
羊
猴
雞
犬
豕
前1世紀
孔家坡
鼠
牛
虎
*鬼
蟲
蟲
*鹿
馬
*玉石
*水
*老火
豕
1世紀
王充
鼠
牛
虎
兔
龍
蛇
馬
羊
猴
雞
犬
豕
環：釋為「猨」。整理小組注釋「環，讀為猨，即猿字」。饒宗頤 (1982) 認為「申之為環，環讀如猨，於音自近。隋朝蕭吉：「申，朝為貓，晝為猨，暮為猴」[5]，則猨後來以屬三時之晝，與猴之為暮則有別。」[4]
水：釋為「雉」或「隼」。整理小組注釋「水，以音近讀為雉」。於豪亮 (1981) 認為「水」讀為「雉」，並從音韻學的角度做了闡釋「水與雉同為脂部字，韻母相同，水為審母三等，雉為澄母三等。」李零 (1991) 與饒宗頤 (1982) 則將「水」釋為「隼」。[4]
老羊：狗的別名。饒宗頤 (1982) 從《古今注》中找到「狗，一名黃羊」的記載；劉樂賢 (1994) 於《本草綱目》卷二十四覓得「狗，又名地羊」，認為古時羊可以名狗；王子今 (2003) 則在前二人的研究基礎上作了補充，認為《史記·項羽本紀》中「（宋義）下令軍中曰「猛如虎，很如羊，貪如狼，強不可使者，皆斬之」，一句中的「羊」即指狗。[4]
鬼：為「兔」的訛字。[4]
鹿：為「馬」的訛字，一說為指鹿為馬的典故。孔慶典 (2009) 認為睡虎地和孔家坡《日書》在故楚地出土，應為當地轉寫。[4]
其他：三部《日書》中所記不乏錯漏，放馬灘《日書》中將「雞」同時配「巳」和「酉」，劉樂賢指出與巳相配的「雞」必為誤字，可能是「蛇」字之訛；而與辰相配的「蟲」則可能是「龍」之誤寫。睡虎地《日書》鹿、馬、老羊排列順序都與後世通行的十二生肖截然不同。[6]孔家坡《日書》以「玉石」配「申」、以「老火」配「戌」卻似乎不可輕率歸之為誤記，有將其視為異說，為何如此搭配卻尚無討論，不過這些奇怪搭配卻在傳世文獻中有跡可尋。[4]
北魏臨淄崔氏墓群中出土的生肖俑，從右到左猴、虎、蛇、豬。
先秦文獻如《詩經》、《左傳》等，當時已有馬、牛、龍、蛇與午、丑、辰、巳四支相配應的記載。但由於十二生肖僅為民間所用，不受先秦上層文人重視，而沒有將十二種動物與十二地支相配完整地記載下來。傳世文獻中對十二生肖最完整的記載，首見於東漢王充的《論衡》。[7]
最早有關十二生肖的完整記錄為甘肅天水放馬灘和湖北雲夢睡虎地的甲、乙兩種《日書》。睡虎地甲、乙兩種《日書》抄本的寫成年代為前250年至前246年，其內容形成年代在前278年左右；放馬灘《日書》年代與睡虎地《日書》相去不遠，其甲本的內容比睡虎地《日書》晚出，但前者的抄寫年代則未必晚於後者，兩本秦隸系統《日書》的內容和編寫年代都不早於前3世紀。[8][6]還有第三部《日書》值得一提，湖北隨州市孔家坡墓出土了《日書》十二生肖的記錄，下葬年代在前142年。
三部《日書》中的《盜者》篇，皆以十二支配十二獸占卜盜者，內容包括盜者的相貌、性別、藏身之處及性格、特長、身份等。盜者被認為與十二生肖有著某種聯繫，人們可以通過相關生肖來預判盜者的相貌以及藏身之處。此外，睡虎地《日書》中有類似的《十二支死咎》篇，以十二地支與不同詞配合進行占卜。[4]
關於十二生肖的起源有很多說法，雖然許多人認定十二生肖應有其本土起源，但對於十二生肖如何形成及其來由，尚無定論和共識。主張十二生肖源自華夏本土論者，大致有三類[9][10]：
源自天文占星或星象，如李零、鄭文光等。李零《中國方術考·十二生肖的起源》，據《五行大義·論三十六禽》：「其十二屬，並是斗星之氣，散而為之人命，繫於北斗，是故用以為屬。《春秋運斗樞》：「樞星散為龍、馬，旋（璇）星散為虎，搖光散為猴、猿。此等皆上應天星，下屬年命也」，認為十二生肖源自北斗，具有星占性質。鄭文光認為十二生肖源自先民對十二辰方位所在星象的觀察，先描寫為符號，後肖之以動物形象。
源自圖騰崇拜，如劉堯漢、詹鄞鑫、董家遵等。劉堯漢、詹鄞鑫認為十二生肖源於上古人對十二辰的崇拜，以十二獸作為十二辰或十二月之神的代表。董家遵認為十二生肖與最古老的十二姓同出一源，係由鼠、牛、虎、麒麟、龍等十二種圖騰演化而來。
來自古人的精怪信仰，如西嶋定生、王貴元等：西嶋定生提出十二生肖由奇禽異獸演變而來，其用意是厭勝、驅邪。王貴元考察楚系十二禽（物）中「老羊」、「玉石」等「異說」，認為十二生肖的原形可能是十二種物怪，或是有動物、有物怪，後來才全部演化為十二種動物。
民間傳說則認為十二生肖的由來是玉皇大帝讓所有動物來舉行賽跑競賽，以最先到達目的地的十二種動物，依次選為生肖表徵。這個傳說主要情節是環繞在「貓、鼠、牛」三種動物上，傳說貓與老鼠跑得最快，他們求牛幫渡河，途中老鼠起了歹意，將貓推下水，然後在快到目的地時，全力向前衝刺，取得冠軍，其後次序是牛虎兔龍蛇馬羊猴雞狗豬，從此以後，落水的貓對老鼠懷恨在心，見到老鼠總要追殺一番[11]。
另一種說法是如來佛祖指定十二種動物鎮守通天路，每種動物輪值一年。大勢至菩薩發帖請受選的動物前來，並按序排列為貓鼠牛虎兔龍蛇馬羊猴雞狗。但為首的貓等得不耐煩，就先溜走了，於是老鼠成了第一位，然後一頭豬趁機跑來排在最後。當佛祖駕臨時，貓還沒有回來。佛祖為了懲罰貓，就為在場的十二種動物分配工作——由鼠開始而至豬結束。於是，十二生肖中不見了「貓」[12]。
藏緬語轉音說
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《爾雅》月陰月陽、歲陰歲陽之名稱與干支似有緊密關係，然具體細節無人得知。對於古人何以採用這些名稱，其含義為何，學界至今眾說紛紜，莫衷一是。近年來，聶鴻音和黃振華嘗試從藏緬語系中尋求解決方案，提出「歲陰」出自藏緬語十二獸和「歲陽」出自藏緬語五行，兩者皆是古藏緬語的同音轉寫。孔慶典在前人聶鴻音和黃振華 (1999) 與何新(2007) 的研究基礎上，進一步從楚帛書《月忌》和《爾雅·釋天》中所載的歲陰（十二歲名）和月陰（十二月名）名稱，與現代藏緬語系（以舉例數依次排名為彝語支、羌語支、緬語支和藏語支），乃至蒙古語和日語等20世紀的現代語言加以對比，從語音角度推論歲陰、月陰名稱為十二生肖的原型。 [4]
楚帛書是1942年在湖南長沙子彈庫出土的帛書。楚帛書年代據Cook和李零 (2004) 為前300年，即可知年代雖略早於秦簡《日書》，但相去不遠，兩者出土文獻年代都不早於前3世紀，[13]秦簡《日書》所載的十二獸為今日所熟悉的十二生肖，而楚帛書的十二月名，孔慶典認為是藏緬語版十二獸。 [4]
孔慶典認為十二生肖或許是起源自先秦某個藏緬語系的民族，後來分別傳播至中國和印度。[4]
現代語音處理後的十二獸對照[4]
年代
文獻
十二獸
前3世紀
睡虎地《日書》
鼠
牛
虎
兔
蟲
鹿
馬
環
水
老羊
豕
放馬灘《日書》
鼠
牛
虎
兔
蟲
雞
馬
羊
猴
雞
犬
豕
1世紀
《論衡》
鼠
牛
虎
兔
龍
蛇
馬
羊
猴
雞
犬
豕
前3世紀
楚帛書《月忌》
姑
塗
取
女
寎
餘
皋
且
倉
臧
玄
昜
戰國末年[14]
《爾雅》月陰
辜
塗
陬
如
秉
餘
皋
且
相
壯
玄
陽
《爾雅》歲陰
困敦
赤奮若
攝提格
單閼
執徐
大荒落
敦戕
協洽
涒灘
作噩
閹茂
大淵獻