联邦调查局立即着手调查。联邦调查局在三个波士顿地铁站发现可疑的包裹。波士顿马拉松爆炸案调查部门在4月16日表示，至少有1枚炸弹的制造材料是日常就可购得的压力锅改造而成，推测可能是国内恐怖份子所为。联邦调查局也表示，根据炸弹分析结果，炸弹并非使用军规TNT黄色炸药，因此不会破坏建筑物、或是产生弹坑。使用的炸弹是以火药、电话板、钉子、弹头与滚珠轴组装，塞进压力锅而制成，利用定时器引爆，杀伤范围可达300公尺，在阿富汗、巴基斯坦与印度等地爆炸案可见。波士顿警方拆弹小组在波尔斯顿街上对其中一个包裹进行了定点爆炸。