Vị trí chính xác của chiếc tàu đắm hoàn toàn không được biết rõ cho đến giữa tháng 12 năm 2002, khi nó được khám phá bởi một đoàn quay phim BBC tại vị trí cách Gibraltar 56 km (30 hải lý).[94] Nhóm này đang làm việc cho một bộ phim tài liệu về khảo cổ hàng hải liên quan đến các trận đánh chính yếu của Hải quân Hoàng gia Anh.[94] Xác tàu đắm của Ark Royal bị tách làm hai phần: một phần mũi tàu dài 20 m (66 ft) bị rời ra khỏi phần còn lại của thân tàu; trong khi một loạt mảnh vụn, bao gồm những gì còn lại của ống khói và đảo cấu trúc thượng tầng, những phần của thân tàu bị rời ra khi chiếc tàu sân bay chìm, cùng những máy bay bên trong sàn chứa, nằm rải rác tại khu vực giữa hai phần thân tàu. Việc phân tích cho thấy mạn trái của con tàu đã chạm đáy biển trước tiên.[95]

Xác tàu đắm được tìm thấy xa hơn về phía Đông so với vị trí từng được nêu lên sau khi nó bị chìm. Thoạt tiên, các nhà nghiên cứu cho là xác tàu đắm bị dòng hải lưu chảy ngang qua eo biển Gibraltar cuốn nó vào Địa Trung Hải, khiến con tàu bị trôi dạt dưới nước về phía Đông trước khi chìm đến đáy biển.[96] Tuy nhiên, sự hiện diện của các mảnh vỡ ngay bên cạnh xác tàu đắm, kể cả một chiếc máy bay ném bom Swordfish bị cuốn khỏi sàn đáp trước khi con tàu lật úp chứng minh rằng giả thuyết này là sai; vì các mảnh vỡ sẽ bị cuốn đi đến một vùng rộng hơn rất nhiều. Dòng hải lưu có ảnh hưởng nhất định đến việc di chuyển của nó về hướng Gibraltar, cho dù nó đã được lai dắt đi trong nhiều giờ.[97] Việc nghiên cứu xác tàu đắm cũng cho thấy việc khởi động lại động cơ trên con tàu nhằm cung cấp điện năng đã gia tăng áp lực lên thân tàu, góp phần vào việc ngập nước. Khi điện năng đã bị mất, hoàn toàn không thể ngăn được việc con tàu chìm – một số phận được định trước do khiếm khuyết trong thiết kế hơn là do những hành động của vị chỉ huy con tàu.[97]