Az eltűnt gép keresését még március 8-án kora délelőtt elkezdték. Először a Thai-öbölben, az utolsó kontaktus szerinti körzetben fogtak hozzá a kutatáshoz. Másnap egy nagy, a tenger felszínén lebegő olajfoltról érkezett bejelentés, de a szakértői vizsgálat gyorsan kiderítette, hogy az olaj nem repülőgépből származó kerozin. Másnap már 40 hajó és 22 repülőgép kapcsolódott be a kutatásba.
Március 11-én a Maláj-félsziget nyugati oldalára, a Malaka-szoros környékére is kiterjesztették a keresést, mert a malajziai légierő parancsnoka, Rodzali Daud szerint a radarjuk ott észlelte utoljára a gépet.
A keresésbe és az eltűnés körülményeinek kivizsgálásába az amerikai Nemzeti Közlekedésbiztonsági Felügyelet (National Transportation Safety Board, NTSB) szakértői, valamint az FBI nyomozói is bekapcsolódtak. Az eltűnés után 16 nappal később, március 24-én Najib Razak maláj miniszterelnök bejelentette, hogy brit szakértői forrásból származó adatok szerint az MH 370-es járat utoljára az Indiai-óceán déli térségében, az ausztráliai Perthtől mintegy 2 300 kilométerre nyugatra, a nyílt óceán felett volt észlelhető,
így a Boeing 777-es a legnagyobb valószínűséggel a tengerbe zuhant.
Az Immarsat műhold 2014. május 27-én nyilvánosságra hozott mérési adatai szerint a maláj gép akkor zuhant le, amikor kifogyott az üzemanyaga.
A gép bemért földrajzi helyzetén és a feltankolt kerozin mennyiségén kívül ezt a tényt még az is alátámasztja, hogy a műhold által rögzített utolsó adat fedélzeti áramkimaradást jelzett,
ami a kerozin kifogyásának, illetve a hajtóművek leállásának csalhatatlan jele.
Tim Farrar műholdas kommunikációs szakértő szerint mindez egybevág azokkal az adatokkal, amelyek azt mutatják, hogy az MH 370-es járat a Thai-öböl felett visszafordulva az Indiai-óceán fölé repült.
Noha eleinte még több meg nem erősített, illetve ellenőrizhetetlen információ szólt arról, hogy a gép más irányba repült, de végül bebizonyosodott, hogy a maláj Boeing 777-es a déli szélesség 25. és az északi hosszúság 101. foka körül semmisült meg az Indiai-óceán térségében. A katasztrófának a műholdas adatok szerinti körzetében a kutatóhajók április 5-én és 6-án a 37,5 kHz-es frekvencián a mélyből érkező pulzáló jeleket fogtak. Az amerikai haditengerészet szakértői azonban kizárták, hogy az ismeretlen eredetű frekvenciát a repülőgép fekete dobozai sugározták.
A fekete doboz a bemértnél kisebb frekvencián bocsátja ki a jeleket. Egyes vélemények szerint a készüléket érő nagy víznyomás miatt megváltozhatott a frekvencia, de a haditengerészeti szakértők elvetették ezt a lehetőséget, a normál és a detektált jel közötti jelentős különbség miatt.
A rendkívül nagy erők bevetésével elvégzett kutatás sem az óceán felszínén, sem pedig a mélyben nem talált nyomot, illetve roncsdarabokat. Azt is érdemes megjegyezni, hogy
ott, ahol az Immersat-műhold adatai szerint a gép feltételezhetően lezuhant, nagyon mély az Indiai-óceán.
Ezen a hozzávetőleg 2000 x 1400 kilométeres területen, a mélytengeri Wallaby-Zenith törésöv vidékén a rendkívül egyenetlen óceáni aljzatot számos hasadék, transzformvető, víz alatti hegylánc és szurdok tagolja, amelynek a jelenlegi ismereteink szerint 7 883 méter a legmélyebb pontja.
A kutatási terület fenékdomborzatáról a NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) oceanográfusai, Walter H. F. Smith és Karen M. Marks készítettek térképet. A roncsok valószínűsíthető lelőhelye, a Batavia mélytengeri fennsík távolról sem nevezhető ideális kutatási területnek.
Smith szerint az Indiai-óceán aljzatának ez az egyik legkevésbé, csak alig öt százalékban feltérképezett része. A szakember – illusztrálandó a nehézségeket – mindehhez hozzátette, hogy
sokkal jobban ismerjük a Mars felszínét, mint az óceáni aljzat geográfiáját.
Ezen az átlagosan 5-6 000 méter mély területen rendkívül nehezek a kutatás feltételei. Az amerikai haditengerészet mélybe eresztett csúcstechnológiájú Bluefin-2 távvezérlésű mélytengeri roboteszközével elvégzett keresés sem járt semmilyen eredménnyel.
Több mint egy évvel a gép eltűnése után, 2015. július 29-én a Franciaországhoz tartozó indiai-óceáni Réunion szigeténél egy csűrőlapot találtak, amelyről augusztus 5-én bejelentették, hogy a szakértői vizsgálat eredménye szerint az eltűnt maláj géphez tartozik.
2016 márciusában Mozambikban két újabb olyan roncsdarabot vetett partra az óceán, amelyekről megállapították, hogy egy Boeing 777-es gép maradványai. Az egyik roncsdarab a gép vízszintes vezérsíkjának, a másik pedig a szárny egyik darabjának bizonyult.
Egy hónappal később az ausztrál repülésbiztonsági hivatal bejelentette, hogy a vizsgálatok alapján bebizonyosodott, hogy az eltűnt gép roncsairól van szó, mivel a roncsdarabokon lévő feliratok betűtípusa teljes mértékben megegyezik azzal, amit a malajziai légitársaságnál használtak. A szárnydarab vizsgálatából azt is megállapították a szakértők, hogy a gépet manuálisan irányíthatták. Erre az úgynevezett flaperon, vagyis a csűrőfékszárny állásszögéből következtettek, amit olyan pozícióban találtak, amilyenbe csak az emberi irányítás állíthatta. Ezen kívül semmi más nem került elő a lezuhant maláj Boeing roncsaiból.
A gép eltűnésével kapcsolatos körülmények közül igen elgondolkodtatónak számít a pilóták egymás és az irányítás közötti kommunikációjának utolsó perceit rögzítő, 2014. május 4-én nyilvánosságra hozott hanganyag. Ed Primeau amerikai igazságügyi hanganalízis-szakértő, az Audio Forensic Expert vezető munkatársa részletes elemzésnek vetette alá a közzétett felvételt.
A szakértő szerint a felvétel egyértelműen manipulált hanganyag.
Ed Primeau arra alapozza szakvéleményét, hogy a beszélgetés alaptónusa 00:01:14-nél drasztikusan megváltozik, és a hangtónus jól azonosíthatóan magassá válik. A szakértő szerint a beszélgetésnek ez a szakasza olyan akusztikus jellegzetességeket mutat, mintha a felvételt a speakerhez tartott felvevőkészülékkel készítették volna.
Ed Primeau arra is rámutatott, hogy a kiszűrt háttérzajok alapján a felvételnek ezt a részét nem a pilótafülkében, hanem egy szobában vették fel. Ezek a körülmények egyértelműen az eredeti hanganyag utólagos szerkesztést bizonyítják. A 00:06:17-kor észlelhető teljes jelhiány vágásra utal, mivel ezt követően visszaáll az eredeti, a felvétel elején tapasztalható tónus.
Primeau azt is furcsállotta, hogy miért nem hozták nyilvánosságra a teljes hanganyagot.
A maláj gép nyomtalan eltűnését körbelengő rejtélyes kérdések közül az az egyik legizgalmasabb, hogy a repülés hosszú órái alatt miért nem történt semmilyen kapcsolatfelvételi kísérlet a légiutas-kísérők, illetve az utasok részéről? A 12 fős gépszemélyzetből tízen tartoztak a légikísérők közé.
Noha az nem tekinthető általánosnak, hogy a légiutas-kísérők repülőgép-vezetői képesítéssel is rendelkeznek, de a munkakörük és szakmai gyakorlatuk alapján sokkal jobban értenek a repülési kérdésekhez, mint az átlagember, így olyan anomáliákat is kiszúrnak, amit egy utas biztos, hogy nem vesz észre. Ezenfelül folyamatos kapcsolatban állnak a pilótafülkével, tehát ha ott valami rendellenesség történik, aligha marad rejtve előttük.
A gép alig egy óra húsz perces repülési idő után váratlanul U-alakban, gyakorlatilag 180 fokos fordulatot téve tért le a pályájáról.
Teljesen kizárható, hogy a tapasztaltabb utaskísérők közül valaki ne vette volna észre ezt a szokatlan manővert,
és fedélzeti vészhelyzet esetén ne próbált volna meg valamilyen módon, így például mobiltelefonon jelzést küldeni. (Mint ismeretes, a 2001. szeptember 11-i New York-i terrortámadásnál az utasok számos telefonüzenetet küldtek az eltérített gépek fedélzetéről.)
Ewan Wilson veterán új-zélandi kereskedelmi pilóta, a Kiwi Légitársaság alapítója, Geoff Taylor oknyomozó újságíróval közösen jegyzett és 2014 júliusban megjelent "Good Night Malaysian 370: The Truth Behind The Loss Of Flight 370" című könyvében érdekes és elgondolkodtató magyarázattal szolgál a gép fedélzetén tartózkodó utasok, illetve a személyzet inaktivitására.
Wilson feltételezése szerint Zaharie Ahmed Sah kapitány öngyilkossági szándékból vezethette el a gépét az Indiai-óceán forgalomtól távoli déli körzetébe.
Hogy tettében senki ne tudja megakadályozni, dehermetizálta az utasteret, és az utasok, illetve a kabinszemélyzet a fellépő hypoxia (oxigénhiány) miatt már azt megelőzően az életüket veszthették, hogy a gép lezuhant"
– vélekedik Ewan Wilson.
(Ha bármilyen okból az utastérben lecsökken a kabinnyomás, automatikusan kiesnek az oxigénmaszkok. Az utastérben lévő vészhelyzeti maszkok azonban csak rövid ideig biztosítják az oxigénellátást, mert intenzív süllyedéssel néhány perc alatt elhárítható a hypoxia veszélye. A hajózószemélyzet önálló oxigénellátó egységgel rendelkezik, amely akár órákig is biztosíthatja a pilóták oxigénellátását.)
A vizsgálódó maláj hatóságok sem zárták ki az öngyilkosság lehetőségét, ezért házkutatást tartottak Sah kapitány lakásában, illetve lenyomozták az előéletét, de nem találtak (illetve nem hoztak nyilvánosságra) semmiféle olyan bizonyítékot, ami azt támasztaná alá, hogy a kapitány öngyilkosságra készült.
A maláj Boeing 777-es eltűnése után rögtön vizsgálni kezdték a terrorcselekmény lehetőségét is. Erre többek között az adott alapot, hogy két olyan utast sikerült azonosítani, akik az Interpol által körözött lopott útlevelek felhasználásával, hamis személyi adatokat megadva szálltak a fedélzetre.
Az osztrák Christian Kozel az incidens idején Ausztriában tartózkodott, útlevelét még 2012-ben Thaiföldön lopták el. Szintén hamisnak bizonyult az olasz állampolgárságú Luigi Maraldi személyazonossága, aki ekkor Thaiföldön nyaralt, és ugyancsak ott lopták el az útlevelét.
A nyomozás már március 11-én kiderítette, hogy a lopott útlevelekkel két iráni férfi szállt fel a gépre, az egyikük Frankfurtba, a másik pedig Koppenhágába utazott végcélként.
Az is kiderült, hogy a jegyeket egy Kazem Ali nevű iráni illetőségű személy foglaltatta le honfitársainak. A megvásárolt jegyek csak az oda útra szóltak. A személyi profiljuk feltérképezése, és az előéletük alapos lenyomozása azonban kizárta, hogy terrorszervezetekkel álltak volna kapcsolatban.
Még érdekesebb egy kínai állampolgár utaslista szerinti útlevélszáma, mivel ő szintén nem tartózkodott a gépen. A hatóságok megkeresésére azt közölte, hogy a személyi okmányát nem lopták el, az a birtokában van. Hogy ki és hogyan szállt fel helyette, szintén olyan kérdés, amelyre nincsen válasz.
A terrortámadás hipotézisét nem vetették el, mint lehetséges okot, bár a gépeltérítések tapasztalatai azt mutatják, teljesen életszerűtlen, hogy bármilyen terroristacsoport végig titokban tartson egy ilyen típusú akciót.
Annak a kiderítéséhez, hogy mi is történt valójában, elengedhetetlen lenne a gép roncsainak a megtalálása. Könnyen lehetséges, hogy a Malaysia Airlines MA 370-es járatának sorsa a repüléstörténet egyik legtitokzatosabb esete marad, hasonlóan a Bermuda-háromszögben 1945 decemberében eltűnt, legendás 19. repülőraj máig vitatott hátterű eltűnéséhez.