Mengikut agensi berita Interfax yang memetik sumber pihak penguatkuasa undang-undang, kamera pengawasan merakam dua orang wanita berusia antara 18 dan 20 tahun, menaiki tren metro di stesen Yugo-Zapadnaya. Polis sedang mengejar dua orang wanita lain yang berwajah Slavik dan kelihatan menggembala pengebom tersebut ke dalam stesen. Keempat-empat mereka tidak menutup muka.[19] Para pegawai berasa bahawa pemberontak Muslim dari rantau Caucasus Utara yang bergolak dan merangkumi negeri Chechnya, mendalangi serangan ini[6][20][5], nyata ada hubungan dengan pejuang Islamiah[21][22].

Jawatankuasa Penyiasatan melancarkan penyiasatan jenayah mengikut Perkara 205 Kod Jenayah Rusia ("tindakan pengganas").[23]

Dalang

Dua orang wanita dipercayai telah menyebabkan letupan dalam dua serangan berani mati berturut-turut. Khidmat keselamatan Rusia, FSB menyangka bahawa "janda hitam" berketurunan Chechen yang ditemui mayat mereka mungkin merupakan isteri kepada pemberontak Caucasus Utara yang lama terkorban.[24]Muka mereka tidak terjejas dalam serangan itu. Serangan pertama dilakukan dengan daya trinitrotoluena (TNT) seberat 4 kg, manakala serangan kedua dilancarkan oleh wanita berambut gelap dengan TNT 2 kg yang diikat keliling pinggang. Kedua-dua bomnya diisi nat dan bol logam untuk mendahsyatkan lagi letupan.[25][26] Laporan yang belum disahkan menunjukkan bahawa dalang-dalangnya hendak membawa letupan mereka ke bangunan Kementerian Pertahanan Rusia di Jalan Arbat.[15] Pihak penguatkuasa undang-undang juga berspekulasi bahawa mereka tersilap stesen lalu terlepas salah satu sasaran asal mereka, iaitu stesen Oktyabrskaya. Mereka mendakwa bahawa rancangan serangan menjangka letupan di stesen Lubyanka yang terletak bersebelahan dengan ibu pejabat pusat FSB diikuti letupan di Oktyabrskaya yang dekat dengan Kementerian Hal Ehwal Dalam Negeri.[27]