Les recherches engagées dès l'annonce de la catastrophe laissent perplexe : les corps de 6 passagers, éjectés de l'avion, ont été retrouvés à Saint-Pathus, à plus de 15 km des lieux du drame. Les enquêteurs s'orienteront d'abord vers la piste d'un possible attentat fomenté par des extrémistes arméniens, sans réussir à la démontrer.
Le résultat de l'enquête mettra en évidence :
un défaut de conception du système de fermeture des portes des soutes, défaut signalé aux compagnies mais non réparé sur cet avion ;
un mauvais verrouillage de la porte de la soute arrière par le personnel au sol ;
l'ouverture en vol de cette porte amenant la dépressurisation de la soute ;
sous l'effet de la différence de pression, l'affaissement du plancher dans lequel passaient les circuits de commande de vol de l'empennage ;
le blocage de ces commandes et la perte de contrôle de l'avion.
Le bilan est de 346 morts, 335 passagers (dont la moitié de britanniques) et 11 membres d'équipage. L'explosion en vol a provoqué l'aspiration d'une rangée de sièges, expliquant l'éloignement des 6 corps du lieu de l'impact.
Cette catastrophe était à l’époque la plus meurtrière qu'ait jamais connu l'aviation civile et reste la plus importante en termes de victimes qui se soit produite sur le territoire français. Lors du procès qui s'ensuivit, McDonnell Douglas fut condamné à payer 80 millions de dollars, la plus forte indemnité jamais versée à des familles de victimes d'une catastrophe aérienne.