Az orosz ügyészség, belügyminisztérium és szövetségi biztonsági szolgálat képviselőiből álló operatív csoport irányításával nagy erőkkel indult meg a merénylet körülményeinek feltárását szolgáló nyomozás. A gépkocsiba rejtett pokolgép kezdeti verzióját elvetették, s a vizsgálatot végzők abból indulnak ki, hogy a robbantást egy öngyilkos merénylőnő hajtotta végre. Jelenleg azokat igyekeznek fellelni, akiknek közük lehet a terrorcselekményhez, segítették az egyelőre ismeretlen személyazonosságú merénylőt.
A szakértők annyit már megállapítottak, hogy a terrorista nagyon nagy mennyiségű robbanóanyagot használt, többet, mint azok a csecsen nők, akik korábban több öngyilkos merényletet is elkövettek az orosz fővárosban. Lehetséges, hogy a merénylőről képet is sikerül kapni, mivel a robbanás idején működtek a szomszédos Kresztovszkij áruház biztonsági rendszerének a környéket pásztázó videokamerái.