到底是什么原因导致了这起空中灾难？美国多个部门联合对空难原因进行了调查。
调查过程中出现了一段小插曲。事件发生时，相当多的目击者表示，看到有一条白色的烟柱飞向环航800客机，并击中飞机中部机翼位置，正是飞机最先爆炸的那个位置，更有甚者，附近的一部雷达发现：客机爆炸时，一艘军舰就在客机下面的海上行驶，然而飞机爆炸后，这艘军舰急忙转头，以30节的速度迅速逃离了事故现场。人们试图取证，但联邦调查局很快就采取了行动，他们率先把附近各个雷达站侦测到的所有雷达数据没收，无证可取。因此，很多人都怀疑，是由于正在附近海域进行演习的美军军舰操作失误，发射导弹击中了环航800号。“导弹击落说”一时之间四处弥漫。
班机坠毁12小时后，联合调查小组的调查人员便赶赴了事故现场，他们的第一要务就是寻找飞行数据记录仪，即所谓的黑匣子。经过7天，这个重要的黑匣子才被一个潜水员在海底找到，并上交给调查小组。调查小组火速将黑匣子录音带送往国家运输安全委员会的总部进行分析研究。
调查者在数月的调查之后，终于公布了调查结果。他们认为，由于环航800号班机中段机翼油箱过热，导致了飞机的爆炸、解体。调查人员曾经仔细检查过飞机的每一块碎片，试图找出客机被军舰发射的导弹击中并且坠毁的证据，但是没有找到，这说明“导弹击毁说”不正确。
调查者采用复原法，把近一百万个碎片重新组合之后，发现客机巨大的中翼油箱前方的前翼梁上有一连串凹痕，最可能导致这种现象的原因，就是这个油箱内部发生了爆炸。这并不是没有可能，调查者曾经做实验证明，客机中翼油箱中燃料的燃点可能在35.8摄氏度，也就是说，超过这个温度，油箱就可能燃烧甚至爆炸。
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