Trong buổi họp báo vào lúc 05:20 chiều ngày 18 tháng 4, FBI đã công bố hình ảnh và một đoạn video của hai nghi phạm, và hi vọng sự giúp đỡ của công chúng trong việc xác định những đối tượng này.[35][36] Theo FBI, một trong những nghi phạm đã đặt một ba lô tại hiện trường vài phút trước khi quả bom thứ hai phát nổ.[37]

Các nhà chức trách đã xác định hai anh em là những kẻ bị tình nghi: Tamerlan Tsarnaev 26 tuổi và Dzhokhar Tsarnaev 19 tuổi,[38] người Chechen đến từ vùng Bắc Kavkaz, cả hai di cư sang Hoa Kỳ vào năm 2002.[39][40][41][42] Họ sống ở Cambridge, Massachusetts khoảng 10 năm,[38] trước đó thì ở Tokmok, Kyrgyzstan và Makhachkala, Dagestan, Nga.[43][44] Cả hai anh em này đều theo Hồi giáo.[39][45][46]

Tamerlan A. Tsarnaev (tiếng Nga: Тамерла́н Анзо́рович Царна́ев; tiếng Chechnya: Царнаев Анзор-кIант Тамерлан; 21 tháng 10 năm 1986 – 19 tháng 4 năm 2013) đã bị giết chết trong một cuộc truy lùng quy mô lớn vào rạng sáng ngày 19 tháng 4.[38][47][48][49]

Dzhokhar A. Tsarnaev (tiếng Nga: Джоха́р Анзо́рович Царна́ев; tiếng Chechnya: Царнаев Анзор-кIант ДжовхΙар; sinh ngày 22 tháng 7 năm 1993) là một sinh viên chuyên ngành sinh học biển tại Đại học Massachusetts tại Dartmouth.[50][51][52] Dzhokhar bị bắt trong một cuộc bố ráp vào chiều ngày 19 tháng 4 năm 2013.[20][53][54]