Comisión de Investigación de Accidentes Ferroviarios bertanggung jawab dalam penyelidikan kemalangan kereta api di Sepanyol. Menurut Feijoo, terlalu awal untuk menyimpulkan punca kemalangan. [5] Seorang jurucakap pemerintah menyatakan bahawa dari semua petunjuk yang ada, tidak ada satupun penyebab yang menunjukkan adanya jenayah pengganas. [3]

Saksi melaporkan bahawa kereta api meluru pada kelajuan tinggi sebelum terbalik.[4][8][9] Secara tidak rasmi dilaporkan bahawa juruteknik mendakwa bahawa kereta api tersebut melampaui kelajuan 190 kilometres per hour (120 mph), dan batas kecepatan maksimum untuk selekoh tersebut adalah 80 kilometres per hour (50 mph) [2]. Selekoh tempat berlakunya kemalangan itu adalah lengkungan pertama selepas 80 kilometer di mana batas kelajuan yang dibenarkan adalah 200 km per jam untuk kereta api laju dari Ourense. Rel jalur laju tersebut dilengkapi dengan isyarat mematuhi-ERTMS dengan piwaian kereta api Eropah, tapi selekoh tersebut tidak memilikinya karana ia merupakan peningkatan daripada rel konvensional yang turut digunakan oleh kereta api biasa, dan hanya memiliki sistem pengirim isyarat model lama, ASFA (Anuncio de Señales y Frenado Automático).[10]