En France, deux enquêtes par des services de l'État sont en cours:
Le pilote-commandant de bord avait 11 000 heures de vol dont 1 700 heures sur ce type d'appareil et l’Airbus, mis en service en 2005 et affichant 18 870 heures au compteur, n’avait aucun défaut constaté lors de son dernier contrôle technique, le 16 avril 2009.
Selon le Canard Enchaîné, qui a pris connaissance d'un document technique interne, Air France a su très vite, au vu des messages automatiques "ACARS" transmis à partir de 4h11 (heure de Paris) par l'appareil, que le problème venait des tubes Pitot . La note technique NT-34-029 décrirait la défaillance liée aux 5 pannes simultanées.
Le système ACARS ayant rapporté une succession de pannes, la défaillance du système électrique et la dépressurisation de l'appareil, dans un court intervalle, plusieurs hypothèses sont envisagées. Selon le directeur de la communication d’Air France, une hypothèse est un foudroiement de l’appareil (mais il serait revenu sur ces déclarations sources) conjugué à d'autres pannes qui auraient entraîné une panne électrique. Parmi les autres hypothèses, sont notamment envisagées des pannes consécutives à de très fortes turbulences ou une attaque terroriste.
Le 3 juin, lors d'une conférence de presse, le BEA déclare « ne pas être d’un optimisme total » sur la possibilité de retrouver les boîtes noires.
Le vendredi 5 juin 2009, le bureau d'avocat londonien Stewarts Law annonce mener des investigations pour examiner dans quelle mesure la catastrophe serait à rapprocher des événement survenus au cours du Vol 72 Qantas le 7 octobre 2008.
Le 7 juin 2009, l'AFP rapporte que « des informations convergentes ont émergé » mettant en cause les systèmes de mesure de la vitesse (Tubes Pitot) des Airbus A330.
Le 25 juin 2009, le National transportation safety board américain ouvre une enquête sur des incidents où des A330 ont perdu des informations d'altitude et de vitesse.
Le 2 juillet 2009, le BEA a publié un rapport intermédiaire. Ce rapport inclut une description détaillée de tous les faits connus et une synthèse de l'examen visuel des débris (dérive, etc.). L'examen visuel des débris « montre que l’avion n’a pas été détruit en vol ; il paraît avoir heurté la surface de l’eau en ligne de vol, avec une forte accélération verticale ».
Le 5 juillet 2009, complétant une information déjà publiée le 22 juin 2009 sous le titre AF 447 : le mystère des positions, le site 20 minutes.fr affirme que, grâce aux messages automatiques, « la position de la catastrophe était donc effectivement connue à une vingtaine de kilomètres près » par Air France dès le début. Puis s'étonne : « Pourquoi a-t-il fallu cinq jours pour trouver les premiers débris, après qu'on ait affirmé que la zone des recherches était très grande, de la taille de la France ? »
Un deuxième rapport du BEA présenté le 17 décembre 2009 conclut au fait que l'avion était entier lorsqu'il a touché l'eau avec une assiette légèrement cabrée. Il précise également qu'il n'y a eu aucune dépressurisation, les containers des masques à oxygène étant restés fermés. Mais les causes de l'accident ne sont encore pas définies.