Priebeh letu Trasa letu Airbus A330-200 s imatrikulačnou značkou F-GZCP a so sériovým číslom 660, po prvýkrát vzlietol 25. februára 2005 a v čase havárie mal nalietaných 18 870 hodín. Z Ria de Janeira štartoval 31. mája o 19:03 miestneho času (22:03 UTC) s plánovaným pristátím v Paríži o 11:10 miestneho času (09:10 UTC). Posledný rádiový kontakt s posádkou lietadla sa uskutočnil o 01:33 UTC, keď sa nachádzalo vo vzdialenosti 565 kilometrov od severovýchodného brazílskeho pobrežia. Posádka hlásila, že počas päťdesiatich minút očakáva vstup do senegalského vzdušného priestoru. O 01:48 UTC lietadlo vyletelo z priestoru pokrytého radarom brazílskeho riadenia letovej prevádzky umiestnenom na súostroví Fernando de Noronha. Podľa tohto radaru v tom čase prebiehal let normálne, stroj letel v letovej hladine FL350 (cca ) rýchlosťou 453 kt (cca /h). V čase približne 01:51 – 02:16 UTC trasa lietadla zrejme postupne prechádzala tromi búrkovými systémami. Medzi 02:10 a 02:14 UTC vyslalo lietadlo 24 automatických chybových hlásení pomocou systému ACARS, ktoré informovali o technických problémoch: najprv bolo hlásené odpojenie autopilota a prechod do zvláštneho režimu pre poruchu. Ďalej bolo postupne hlásených mnoho závad na systémoch inerciálnej navigácie a primárnym i záložným letovým počítačom. Posledné prijaté hlásenie z 02:14 upozorňovalo na možnú stratu pretlaku v lietadle. Záverečná správa z 5. júla 2012 uvádza aj podrobný prepis záznamu z čiernej skrinky, pričom najdôležitejšie časti sú nasledujúce: Dráha letu Air France 447 smerovala z Brazílie do Francúzka ponad Atlantický oceán, kde sa nachádzala oblasť bez radarového pokrytia. Z podnebného hľadiska ležala táto oblasť v tzv. tropickej zóne konvergencie, v ktorej sa stretávajú vzduchové hmoty severnej a južnej pologule s častým výskytom frontálnych búrok. Približne o 01:33 UTC dňa 1. júna 2009, teda v čase posledného rádiového kontaktu, vletelo do búrkového systému aj lietadlo Airbus A330 letu Air France 447. Hoci cez danú oblasť letelo niekoľko ďalších lietadiel, lietadlo letu Air France 447 bolo jedno z mála, ktorého posádka sa rozhodla cez búrkový systém preletieť. 00:41:49 UTC kapitán Dubois: Hádam sa nenecháme rozhádzať nejakým búrkovým oblakom. 01:17:53 UTC kapitán Dubois: Teraz by sa nám hodilo vedieť plávať. 01:18:10 UTC kopilot Bonin: Takže točíme na sever? 01:18:24 UTC kapitán Dubois : Tým sa nič nezmení. 01:37:03 UTC kapitán Dubois : Sneží. 01:46:12 UTC kopilot Bonin: Tlmím svetlá v kabíne, aby sme videli trochu von. 01:46:14 UTC kapitán Dubois : Dobre, dobre. 01:46:15 UTC kopilot Bonin: A zapnem vonkajšie svetlá, aby sme videli lepšie. 01:46:21 UTC kapitán Dubois : Čo? 01:46:23 UTC kopilot Bonin: Vyzerá to, že vstupujeme do oblakov. 01:51:10 UTC kapitán Dubois : No toto sme teraz potrebovali! 01:51:14 UTC kopilot Bonin: Nemyslel som, že si užijeme toľko búrky. 01:51:21 UTC kapitán Dubois : Naozaj sme teraz potrebovali Eliášov oheň. 01:51:58 UTC kapitán Dubois: Vyzerá to tak, že si užijete turbulencie, keď pôjdem spať. 01:55:57 UTC kapitán Dubois: Zapnime mu svetlá. 01:56:16 UTC kapitán Dubois: Mimochodom, kto s tým pristane? Môžeš ty? Dobre, tak pôjde na moje miesto. Kapitán Dubois sa vymenil s kopilotom Davidom Robertom, pričom za hlavného pilota určil menej skúseného Pierra-Cédrica Bonina, ktorý navyše sedel na nesprávnom sedadle. 01:59:36 UTC kopilot Bonin: Vyspal si sa? 01:59:38 UTC kopilot Robert: Tak trochu. 01:59:44 UTC kapitán Dubois : Ty si nespal? 01:59:47 UTC kopilot Bonin: Veď povedal "tak trochu". 02:00:08 UTC kapitán Dubois : Dobre, tak ja padám. 02:00:19 UTC kopilot Robert: Trochu som zachrápal. 02:00:29 UTC kopilot Robert: Si v pohode? 02:00:33 UTC kopilot Bonin: Áno, v pohode. Tie menšie turbulencie, ktoré si práve zažil, mali by sme na ne ešte naraziť, pretože sme v momentálne v oblakoch. Naneštastie, teplota klesá príliš pomaly, takže nemôžeme stúpať. 02:05:55 UTC kopilot Robert: Zavolajme im, nech vedia. 02:05:59 UTC letuška : Áno, tu Marilyn. 02:06:04 UTC kopilot Bonin: Ahoj Marilyn, tu Pierre. Počúvaj, za také dve minúty vletíme do oblasti, kde to bude triasť trochu viac ako doteraz. 02:06:13 UTC letuška : Máme sa teda posadiť a pripútať? 02:06:15 UTC kopilot Bonin: To nie je zlý nápad, daj vedieť aj kolegom. 02:06:18 UTC letuška: Dobre, ďakujem, poviem aj ostatným. 02:06:19 UTC kopilot Bonin: Dám Ti vedieť, keď z toho vyletíme. Po tomto rozhovore zaznel v kokpite zvukový signál indikátora vypnutého autopilota. Dôvodom bolo zamrznutie Pitotovych trubíc, ktoré posielali do systému autopilota očividne nesprávne informácie. Na základe toho bol autopilot automaticky vypnutý a piloti museli lietadlo ovládať ručne. Lietadlo fungovalo bez chyby s výnimkou nesprávnych údajov o rýchlosti a výške, ktoré boli nepatrne nižšie ako v skutočnosti. Ani Bonin ani Robert však neprešli tréningom, na základe ktorého by vedeli, ako pokračovať v lete pri nespoľahlivých údajov týkajúcich sa rýchlosti a výšky. 02:10:06 UTC kopilot Bonin: Preberám ovládanie. 02:10:07 UTC kopilot Robert: Dobre. Pravdepodobne pod vplyvom neštandardných atmosférických javov, Eliášovho ohňa a krupobitia, ktoré boli umocnené citeľnými turbulenciami, kopilot Bonin reagoval na vzniknutú situáciu neprofesionálne a riadiacu páku pri jeho pravej ruke potiahol k sebe, čím zvýšil uhol náletu a spôsobil, že lietadlo začalo stúpať. Uhol náletu však nastavil tak vysoký, že lietadlo začalo strácať rýchlosť, pričom sa v kokpite ozval varovný signál informujúci posádku o strate vztlaku. 02:10:07 UTC kopilot Robert: Čo je to? 02:10:15 UTC kopilot Bonin: Toto, toto nie je dobré. Mám zlý ukazovateľ rýchlosti. 02:10:16 UTC kopilot Robert: Takže strácame rýchlosť. V tomto momente lietadlo stúpalo rýchlosťou 7 000 stôp za minútu, pričom pozemská rýchlosť bola len 93 uzlov, ktorá je typická pre malý motorový letúň. Robert si všimol chybu, ktorej sa dopustil Bonin a opravil ho. 02:10:27 UTC kopilot Robert: Pozor na rýchlosť! Pozor na rýchlosť! 02:10:28 UTC kopilot Bonin: Dobre, dobre, klesám. 02:10:30 UTC kopilot Robert: Stabilizuj. 02:10:31 UTC kopilot Bonin: Dobre. 02:10:31 UTC kopilot Robert: Klesaj! Hovorí to, že stúpame, hovorí to, že stúpame. Tak klesaj! 02:10:36 UTC kopilot Robert: Klesaj! 02:10:37 UTC kopilot Bonin: Dobre, klesáme. 02:10:38 UTC kopilot Robert: Jemne! Bonin uvoľnil riadiacu páku, lietadlo znížilo uhol náletu, začalo naberať rýchlosť a zrýchlilo na pozemskú rýchlosť 223 uzlov. Varovný signál informujúci o strate vztlaku sa vypol a posádka chvíľu ovládala lietadlo. Robert sa ešte pre istotu rozhodol zobudiť kapitána. 02:10:41 UTC kopilot Bonin: Stúpame. 02:10:49 UTC kopilot Robert: Dokelu, kde je? 02:10:55 UTC kopilot Robert: Dokelu! Keďže ďalšia Pitotova trubica začala fungovať správne, piloti v tomto momente začali dostávať všetky informácie pravdivé na to, aby boli schopní bezpečne letieť. Pod vplyvom manuálneho riadenia kopilota Bonina sa však informácie o rýchlosti a výške tak radikálne zmenili, že sa im piloti rozhodli nedôverovať. 02:11:06 UTC kopilot Robert: Dokelu! Tak príde, alebo nie? 02:11:21 UTC kopilot Robert: Stále máme motory na plný výkon. Nerozumiem, čo sa to do pekla deje. Čo sa to do pekla deje. V tomto momente lietadlo dosiahlo svoju maximálnu výšku a krátky moment letelo horizontálne. Z dôvodu nízkej rýchlosti a nízkej hustoty vzduchu však úplne stratilo vztlak a začalo padať k zemi. Robert podľa prepisu záznamu z čiernej skrinky nemal vôbec predstavu, čo sa vlastne dialo a Bonin stále držal svoju riadiacu páku vzadu s vysokým uhlom náletu. Obaja piloti zlyhali v dodržiavaní štábnej kultúry, v komunikácii a v kooperácii. Predpokladá sa, že ak by Bonin pustil riadenie, lietadlo by sa samočinne dostalo zo stavu straty vztlaku. Vďaka vysokému uhlu náletu však lietadlo naďalej padalo. 02:11:32 UTC kopilot Bonin: Do r i, neovládam lietadlo. Vôbec neovládam lietadlo. 02:11:37 UTC kopilot Robert: Ľavé sedadlo preberá riadenie. Ovládanie pre ľavé sedadlo! V tomto momente ukázal Robert aspoň náznaky korektnej komunikácie medzi pilotmi. Nanešťastie, nevedomý skutočnosti, že lietadlo padá bez vztlaku, aj on začal ťahať riadiacu páku k sebe zvyšujúc uhol náletu. Lietadlo stále padalo, pričom Bonin znova začal zasahovať do ovládania lietadla napriek tomu, že riadenie odovzdal druhému pilotovi. Po minúte a pol od vypuknutia krízy na palube prišiel kapitán, pričom v kabíne stále opakovane znel výstražný signál o strate vztlaku. 02:11:43 UTC kapitán Dubois : Čo to do čerta robíte? 02:11:45 UTC kopilot Bonin: Stratili sme kontrolu nad lietadlom. 02:11:47 UTC kopilot Robert: Úplne sme stratili kontrolu nad lietadlom. Vôbec ničomu nerozumieme. Skúsili sme už všetko. Lietadlo sa teraz vrátilo do svojej pôvodnej letovej hladiny. S náletovým uhlom 15° nahor a pozemskou rýchlosťou 100 uzlov však padalo rýchlosťou 10 000 stôp za minútu. Pitotove trubice začali fungovať bezchybne a zakrátko ukazovali pilotom pozemskú rýchlosť len 60 stôp. Keďže náletový uhol bol dlhodobo vysoký a lietadlo strácalo výšku extrémne rýchlo, výstražný signál straty vztlaku predpokladal chybu a vypol sa. Piloti tak mohli nadobudnúť dojem, že situáciu začínajú mať pod kontrolou. Počas problému nebol zaznamenaný pokus kapitána dostať sa k ovládaniu lietadla. Predpokladá sa, že by v momente zistil problém a rapídnym znížením uhlu náletu nadol by získal späť rýchlosť a vztlak. Namiesto toho však zostal sedieť za pilotmi a namiesto podrobných informáciách o podniknutých krokoch si do pilotov vypočul dojmy zo vzniknutej situácie. 02:12:14 UTC kopilot Robert: Čo myslíš? Čo myslíš? Čo by sme mali spraviť? Počas diskusie k riešeniu problému nikto nespomenul slovo „vztlak“, hoci to predtým ľudskou rečou opakoval výstražný signál. Počas pádu spôsobovali krídla lietadla turbulencie, ktoré viedli k nakláňaniu lietadla zľava doprava a naspäť. Piloti sa istý čas venovali vyrovnávaniu krídel. Približne vo výške 10 000 stôp priznali všetci členovia posádky, že padajú a Robert sa pokúsil stratu vztlaku riešiť štandardným spôsobom - potlačením riadiacej páky vpred, znížením uhla náletu, zvýšením rýchlosti a k vzniku vztlaku pod krídlami. Paralelne s ním však Bonin ťahal riadiacu páku k sebe zvyšujúc uhol náletu. Palubný počítač tieto protichodné vstupy vzájomne anuloval a uhol náletu stále zostal veľmi vysoko. 02:13:40 UTC kopilot Robert: Stúpaj... stúpaj... stúpaj... stúpaj! 02:13:40 UTC kopilot Bonin: Nerozumiem, veď som riadiacu páku chvíľu ťahal k sebe. Tesne pred pádom lietadla sa Bonin priznal k zvyšovaniu uhlu náletu, pričom kapitál Dubois si okamžite uvedomil, čo sa stalo. 02:13:42 UTC kapitán Dubois : Nie, nie, nie... nestúpaj... nie, nie nie! 02:13:43 UTC kopilot Robert: Klesaj! Ovládanie na mňa. Preberám ovládanie! Bonin odovzdal ovládanie Robertovi, ktorý konečne znížil uhol náletu a lietadlo začalo zvyšovať rýchlosť. Napriek tomu stále klesalo takmer voľným pádom. Vo výške asi 2000 stôp sa ozval nový výstražný signál, ktorý upozorňoval na blízkosť oceánu. Piloti už nemali čas, aby nechali lietadlo klenutím zvýšiť rýchlosť na požadovanú úroveň. V tomto momente navyše, pravdepodobne pudovo, Bonin opäť začal ťahať riadiacu páku k sebe. 02:14:23 UTC kopilot Robert: Do r i, havarujeme! To nie je možné! 02:14:25 UTC kopilot Bonin: Ale čo sa stalo? 02:14:27 UTC kapitán Dubois : 10° uhol náletu! Lietadlo narazilo na hladinu oceánu trupom rýchlosťou približne 200 km/h. Predpokladá sa, že všetci cestujúci zahynuli hneď po kontakte s oceánom.