Trước hết là những hoài nghi trong nội bộ người Công giáo, như linh mục dòng Tên người Bỉ Edouard Dhanis (chết năm 1978) hoặc tu sĩ René Laurentin. Hai người này không phủ nhận việc Đức Mẹ hiện ra 6 lần ở Fátima, nhưng hoài nghi các lần thiên thần hiện ra trước đó (năm 1915 và 1916) cùng các lần Đức Mẹ hiện ra với Lúcia sau này (năm 1925, 1929), vì ngoài Lúcia thì không có nguồn nào khác xác nhận. Năm 1963 linh mục Dhanis cũng tỏ ý hoài nghi các hồi ức của Lúcia.

Linh mục Jean Cardonnel, Dòng Đa Minh, phủ nhận các "bí mật Fátima"[9]

Các chỉ trích thông thường khác là từ những người vô thần hoặc theo chủ nghĩa duy lý. Gérard de Sède sau 2 năm điều tra nghiên cứu, năm 1977 đã đưa ra bản khảo luận về các sự việc Đức Mẹ hiện ra này[10]. Ông phủ nhận mọi hiện tượng siêu nhiên ở Fátima và coi các lần Đức Mẹ hiện ra là sự gian trá của các gia đình 3 trẻ. Ông cũng cho rằng hiện tượng mặt trời nhảy múa là 1 ảo thị (hallucination) tập thể, được các hiện tượng tự nhiên củng cố[2].

Một số khác coi sự kiện này có nét giống các chuyện kể về sự xuất hiện của các Ufo (đĩa bay). Từ đó nhiều nhà nghiên cứu về Ufo như Jacques Vallée hoặc mới đây Gilles Pinon[11], đã triển khai luận đề, theo đó các sự kiện này có thể là sự xuất hiện của 1 vật thể bay không xác định được.