La investigación apuntó como posible causa del siniestro el fallo múltiple en los distintos sistemas de freno del convoy que provocó el accidente lo que, unido a la pendiente del tramo, acrecentó la virulencia del impacto. A causa del choque, la cabina del segundo tren quedó destrozada y el maquinista, Enrique Cuartero, falleció en el acto. La segunda víctima mortal, Ángel Higueras, falleció un mes más tarde en la Residencia Sanitaria Francisco Franco. Hasta el accidente en el metro de Valencia de 2006, el de Virrei Amat era el accidente de metro más grave en España.