Разительное несоответствие между ничтожным характером ссоры и ее трагическими последствиями породило ряд версий, основанных на убеждении, что существовали иные, более глубокие побудительные мотивы действий Мартынова. Так, сразу же после дуэли в Пятигорске говорили, что истинной ее причиной послужило соперничество из-за Эмилии Клингенберг или Надежды Верзилиной; что Мартынов видел намеки на себя в обрисовке Грушницкого в «Княжне Мери», что, вызывая Лермонтова, Мартынов заступался за честь своей сестры Натальи, отношения с которой Лермонтов якобы имел в виду, когда рисовал образы княжны Мери и даже Веры. Впрочем, другие современники высказывались против подобного рода объяснений; не приняли их и более поздние исследователи.

С отношениями Лермонтова к семье Мартыновых (он бывал в их доме в Москве и, видимо, немного ухаживал за Натальей Мартыновой) связана и другая версия: когда в 1837 г. Лермонтов уезжал в отряд из Пятигорска, где в это время проводила лето семья Мартыновых, они вручили ему пакет с письмами для сына. Интересуясь мнениями Мартыновых о себе, Лермонтов якобы распечатал пакет; однако он не знал, что в него были вложены 300 рублей; возвращая их Мартынову, он был вынужден сказать, что пакет у него украли. Этот случай (возможно, имевший место) будто бы и явился причиной дуэли. Версия эта распространялась с начала 1850-х гг. и самим Мартыновым, и лицами, близкими к этому семейству. В 1892 и 1893 году Д. Д. Оболенский опубликовал три письма из архива Мартынова, как будто подтверждающие версию. Однако Э. Герштейн заметила, что Оболенский допустил ошибку, датировав 1837 годом письмо Е. М. Мартыновой, в котором она писала сыну, что Лермонтов часто у них бывает и ее дочери «находят большое удовольствие в его обществе». На самом деле письмо относится к 1840 г. Добрые отношения между Лермонтовым и Мартыновыми весной 1840 г. подтверждаются и записями в дневнике А. И. Тургенева. Таким образом, причиной дуэли 1841 г. не могла быть давняя история с распечатанным пакетом, ибо никакие отношения между Лермонтовым и Мартыновыми в 1840 г. были бы невозможны, если бы она к тому времени не разъяснилась.

В конце XIX в. начали возникать версии, основанные на предположении, что Мартынов был лишь орудием в руках влиятельных недоброжелателей Лермонтова. В этой связи П. К. Мартьянов называл Пятигорский салон генеральши Е. И. Мерлини, где к Лермонтову относились с явным предубеждением. По некоторым сведениям, незадолго до дуэли с Мартыновым близкие к Мерлини лица пытались спровоцировать ссору Лермонтова с офицером С. Лисаневичем. С другой стороны, Висковатый обвинял в причастности к гибели Лермонтова ближайшее окружение Бенкендорфа. С конца 1920-х и особенно в 30–40-е гг. в советском литературоведении распространилось мнение о заговоре против поэта, организованном по приказу Николая I. Заговор якобы направлял Бенкендорф через командированного им в апреле 1841 г. в Пятигорск жандармского подполковника А. Н. Кушинникова. По другой версии, заговор направлял военный министр А. И. Чернышев через начальника штаба войск на Кавказской линии и в Черномории полковника А. С. Траскина, приехавшего на лечение в Пятигорск за три дня до дуэли Лермонтова. Никаких достоверных материалов, подтверждающих эти версии, обнаружено не было, но в соответствии с представлениями 1930-х гг. доказательство заговора усматривалось в самом отсутствии документов о деятельности Кушинникова или в исчезновении писем Траскина, написанных между 4 и 21 июля 1841 г. Между тем в 1960-е гг. были обнаружены донесения Кушинникова Бенкендорфу относительно гибели Лермонтова.; никаких указаний на существование заговора из этих материалов извлечь нельзя. Обнаружилось и письмо Траскина командующему войсками на Кавказской линии и в Черномории генералу П. Х. Граббе от 17 июля 1841 г. с сообщением о дуэли Лермонтова. Письмо не только не дает оснований для обвинения Траскина в заговоре, но свидетельствует скорее о симпатии начальника штаба к молодому офицеру, который, кстати, по его письменному разрешению находился не под пулями горцев в Тенгинском полку, а на лечении в Пятигорске. Отвечая именно на это письмо, Граббе писал: «Несчастная судьба нас, русских. Только явится между нами человек с талантом – десять пошляков преследуют его до смерти».

Наконец, известное распоряжение Николая I от 30 июня 1841 г., «…дабы поручик Лермонтов непременно состоял налицо во фронте и чтобы начальство отнюдь не осмеливалось ни под каким предлогом удалять его от фронтовой службы в своем полку», никак не вяжется с версией о заговоре: абсурдно полагать, что Николай I санкционировал заговор против Лермонтова в Пятигорске и одновременно потребовал, чтобы он не отлучался от службы на Черноморском побережье, за сотни верст от Пятигорска.

Большинство лермонтоведов в настоящее время склоняются к мнению, что глубинной причиной крайнего ожесточения Мартынова было его неуравновешенное психическое состояние, вызванное крахом военной карьеры (в феврале 1841 г. он вынужден был выйти в отставку). Последнее обстоятельство обострило характерные для него ипохондрию, постоянную потребность ограниченного человека в самоутверждении, озлобленность и зависть ко всем, в ком он видел соперников.