Ủy ban Comisión de Investigación de Accidentes Ferroviarios chịu trách nhiệm việc điều tra các tai nạn đường sắt ở Tây Ban Nha. Núñez Feijóo, người đứng đầu chính quyền tại vùng này nói, là còn quá sớm để khẳng định nguyên nhân của tai nạn.[7] Một phát ngôn viên của chính phủ cho biết, tất cả mọi dấu hiệu cho thấy đây là một tai nạn, không có một bằng chứng nào của việc có bàn tay khủng bố nhúng vào.[5]
Các nhân chứng nói là xe lửa chạy quá nhanh, trước khi bị lật đường ray.[2][6][10] Theo một tường thuật không chính thức, tài xế, ông Francisco José Garzón Amo, thú nhận xe lửa chạy với tốc độ 190 kilômét trên giờ (118 mph), trong khi tốc độ giới hạn cho khúc quanh đó là 80 km/h (50 mph).[9] Khúc quẹo nơi tại nạn xảy ra là khúc quanh đầu tiên của xe lửa cao tốc từ Ourense chạy hướng Santiago sau một đoạn cao tốc dài 80 kilômét (50 dặm) được cho phép chạy tới 200 km/h (124 mph). Đường cao tốc có hệ thống tự điều khiển xe ERTMS-compliant signalling, nhưng khúc quanh này được tu bổ từ đường ray thông thường, cho chạy chung với các xe lửa chạy chậm hơn và chỉ có hệ thống báo hiệu cũ.[11] Máy ghi lại dữ liệu trên xe lửa xác nhận là xe lửa này chạy với tốc độ 190 kilômét trên giờ (118 mph) luc xảy ra tai nạn.[2]