Deux juges d'instruction du tribunal de grande instance de Perpignan ont été co-saisis de l'affaire et une information judiciaire pour homicide involontaire a été ouverte le 1 décembre 2008. L'enquête technique aéronautique est confiée au Bureau d'enquêtes et d'analyses (BEA), lequel travaille en collaboration avec ses homologues allemand (le Bundesstelle für Flugunfalluntersuchung), néo-zélandais (la Transport Accident Investigation Commission) et américain (le Conseil National de la Sécurité des Transports). Elle pourrait durer deux ans. Les deux boîtes noires sont « très endommagées » : « Les boîtiers protégés ont résisté et les cartes mémoires paraissent intactes, mais aucune donnée n'a pu en être extraite », déclare le BEA. Les boîtes noires sont renvoyées à leur constructeur Honeywell, à Seattle (États-Unis). Début janvier 2009, le BEA précise, en accord avec le procureur de la République de Perpignan, que « les travaux entrepris dans les laboratoires du constructeur avec la participation d'enquêteurs spécialisés ont effectivement permis de récupérer les données des cartes mémoires des deux enregistreurs ».
Le BEA publie le 24 février 2009 un rapport d'étape dont il ressort que « le vol ayant été écourté, une vérification à basse vitesse prévue en altitude a été effectuée au cours de l'approche sur Perpignan. C'est au cours de cette vérification que l'équipage a perdu le contrôle de l'avion qui s'est écrasé en mer. »
Les relevés de la lecture du DFDR (enregistreur de paramètres) que le rapport reproduit montre que l'information d'incidence des sondes AOA s'est figé à une valeur de 4° à mi-vol. Elle n'a ensuite pas varié comme elle l'aurait du en fonction de la vitesse.
De la peinture a été retrouvée sur une des sondes repêchée.
