Khoảng 70 nhà điều tra từ Tây Ban Nha, Hà Lan, Hoa Kỳ và hai công ty hàng không đã tham gia quá trình điều tra. Kiểm tra đoạn ghi âm trong hộp đen cho thấy phi công của KLM đã tin rằng ông đã có đường băng trống và được cất cánh, trong khi tháp không lưu Tenerife cho rằng chiếc máy bay KLM 747 đang nằm ở đầu đường băng và đợi lệnh cất cánh. Có vẻ như rằng cơ phó của KLM đã không hiểu rõ về "take-off clearance" (trạng thái đường băng trống trải, được phép cất cánh) như cơ trưởng.

Sau vụ tai nạn, cơ phó Robert Bragg, người chịu trách nhiệm giao tiếp qua radio trên chuyến bay Pan Am, đưa ra thông cáo mâu thuẫn với tổ bay Pan Am trên bản ghi chính thức trong hộp đen. Trong phim tài liệu Crash of the Century (cùng nhà sản xuất với Mayday), ông nói rằng vào thời điểm đó, ông tin tháp không lưu yêu cầu ông rẽ máy bay vào đường thoát thứ tư C-4 bởi vì kiểm soát viên nói rằng "cái thứ ba, thưa ngài; một, hai, ba, cái thứ ba" sau khi máy bay Pan Am đã chạy qua C-1 (khiến C-4 trở thành đường thoát thứ ba tính từ đây).[26]

Các nguyên nhân khả dĩ

Cuộc điều tra kết luận nguyên nhân chính dẫn đến tai nạn là do cơ trưởng Veldhuyzen van Zanten đã cất cánh trước khi được cho phép. Các nhà điều tra đưa ra nguyên nhân dẫn đến sai lầm này của ông là do ông muốn rời càng sớm càng tốt để không vi phạm quy định giờ làm việc của KLM, và trước khi thời tiết chuyển biến xấu hơn nữa.

Các yếu tố quan trọng khác góp phần dẫn đến tai nạn:

• Màn sương mờ đột ngột làm giảm tầm nhìn. Tháp điều khiển và tổ bay của hai máy bay đã không thể nhìn thấy nhau.
• Sự can thiệp vào sóng radio đã khiến các thông điệp quan trọng không được nghe rõ ràng.

Các yếu tố sau được coi là góp phần gây ra tai nạn, nhưng không quan trọng:

• Việc sử dụng các cách nói mơ hồ không theo chuẩn của cơ phó KLM ("We're at takeoff") và tháp điều khiển không lưu Tenerife ("OK").
• Máy bay Pan Am đã không rời khỏi đường băng theo đường C-3.
• Sân bay đã phải đáp ứng một lượng lớn máy bay (do lo ngại về nguy cơ bom), dẫn đến việc sử dụng đường lăn không đúng cách.[27]

Phản ứng của Hà Lan

Giới chức Hà Lan miễn cưỡng chấp nhận bản báo cáo của Tây Ban Nha cho rằng cơ trưởng KLM đã gây ra vụ tai nạn. Cơ quan Hàng không dân dụng Hà Lan đã cho xuất bản một báo cáo, trong đó tuy thừa nhận rằng chiếc máy bay đã cất cánh "sớm", cũng không thể trách một mình ông vì có sự "hiểu lầm qua lại" giữa tháp điều phối và tổ bay KLM, và các hạn chế của việc sử dụng sóng vô tuyến nên được xem xét thấu đáo hơn.

Báo cáo của Hà Lan chỉ ra rằng:

• Việc sân bay quá đông đúc đã tạo ra áp lực làm việc cao hơn cho tất cả các bên, KLM, Pan Am, và nhân viên điều phối;
• Các âm thanh được ghi lại trong hộp đen cho thấy rằng trong thời điểm xảy ra vụ tai nạn, nhân viên kiểm soát không lưu đang nghe một trận bóng đá trên đài, và việc này có khả năng đã làm họ xao lãng;
• Giao tiếp giữa tháp điều khiển và máy bay KLM trong việc cất cánh quá mơ hồ và đã làm các phi công tưởng rằng họ được phép cất cánh. Các nhà điều tra Hà Lan đưa ra bằng chứng rằng các thông báo của máy bay Pan Am: "Không! Hả?" và "Chúng tôi vẫn đang chạy trên đường băng, chiếc Clipper 1736 ấy!" chỉ ra rằng cơ trưởng Grubbs và cơ phó Bragg đã nhận ra sự mơ hồ trong các thông báo (tuy nhiên câu nói này không được cả máy bay KLM lẫn đài kiểm soát không lưu nghe thấy do giao tiếp đồng thời);
• Chiếc Pan Am đã chạy qua lối thoát thứ ba. Nếu chiếc máy bay rẽ thoát khỏi đường băng bằng lối thoát thứ ba như được chỉ dẫn, tai nạn đã không xảy ra.[2][28]

Mặc dù ban đầu không đồng ý phần lỗi thuộc về cơ trưởng Veldhuyzen van Zanten và tổ bay,[2][28] hãng hàng không thừa nhận trách nhiệm vụ tai nạn. KLM đã bồi thường cho nạn nhân hoặc gia đình của họ các khoản phí từ $58.000 đến $600.000.[3] Toàn bộ chi phí cho hàng hóa và hư hại gây ra là $110 triệu[29] (trung bình $189.000 mỗi nạn nhân,[cần dẫn nguồn] do hạn chế đặt ra bởi Công ước bồi thường châu Âu có hiệu lực tại thời điểm đó).

Các suy đoán

Đây là một trong những vụ tai nạn đầu tiên mà trong công tác điều tra có nhắc đến và nghiên cứu "yếu tố con người".[30] Các yếu tố con người bao gồm:

• Đây là một trong những chuyến bay đầu tiên của cơ trưởng Veldhuyzen van Zanten sau sáu tháng đào tạo phi công mới trên máy bay mô phỏng. Hoạt động này yêu cầu ông giữ nhiều vai trò (gồm cả ATC).[7]
• Kỹ sư bay và cơ phó tỏ ra nghi ngại khi trao đổi với cơ trưởng Veldhuyzen van Zanten. Theo cuộc điều tra chính thức, điều này là do cơ trưởng không chỉ là phi công kỳ cựu mà còn là một trong số người được kính trọng nhất làm việc cho hãng hàng không.[7][31]
• Lý do chỉ có kỹ sư của máy bay KLM phản hồi thông điệp qua sóng vô tuyến "OK, chúng tôi sẽ thông báo khi ra khỏi đường băng" có thể bởi vì khi ông kiểm tra xong danh sách trước bay, các đồng nghiệp của ông đang chịu áp lực làm việc lớn, đồng thời lúc đó tầm nhìn giảm đáng kể, làm tình hình xấu hơn.[32]
• Nhóm nghiên cứu ALPA kết luận rằng tổ bay KLM đã không nhận ra thông điệp "Papa Alpha một bảy ba sáu báo cáo khi ra khỏi đường băng" là nhắm đến máy bay kia bởi đây là thời điểm duy nhất chiếc Pan Am được nhắc đến bằng cái tên này. Trước đó, chiếc máy bay được gọi bằng "Clipper một bảy ba sáu".[33]

Lượng nhiên liệu tiếp thêm vào máy bay KLM đã:

• gây trì hoãn việc cất cánh 35 phút, tạo thời gian cho mây mờ tràn vào sân bay;
• khiến máy bay nặng hơn bốn mươi tấn[34] làm tăng cự ly cất cánh và khiến chiếc máy bay không thể cất cánh theo nỗ lực của van Zanten;
• làm tăng quy mô của vụ cháy, giết chết toàn bộ hành khách trên máy bay.[35][36][37]