Thực hiện chỉ đạo của Giám đốc CATP, các phòng nghiệp vụ CATP đã khẩn trương, trách nhiệm phối hợp cùng Viện Khoa học hình sự - Bộ Công an, CAQ Hoàng Mai và Viện KSND quận Hoàng Mai tổ chức khám nghiệm hiện trường, khám nghiệm tử thi và pháp y tử thi để làm rõ nguyên nhân vụ việc.

Tại tâm điểm vụ hỏa hoạn, lực lượng chức năng  xác định có khung chân đế quạt điện ở trên tường, bên phải quấn đoạn dây điện bị cháy còn trơ lõi kim loại. Dây cắm quạt, đầu trên có vết nóng vón cục, đầu dưới vẫn cắm ổ điện phía dưới. Ngay dưới chiếc quạt treo tường có chiếc xe máy bị cháy trơ khung kim loại. Giữa khung xe có lồng và thân của quạt điện cháy, cũng trơ khung kim loại. Hai chiếc xe máy để phía ngoài cũng bị cháy tương tự.

Tại tầng 1, nạn nhân Nguyễn Văn Sơn tử vong trong tư thế ngồi bệt ở buồng vệ sinh. Theo gia đình nạn nhân, ông Sơn ốm bệnh đã lâu, và thường ngủ trên giường ngay tầng 1. Nhiều khả năng khi phát hiện ngọn lửa bùng phát, nạn nhân đã cố tìm cách chạy vào buồng vệ sinh, song đã bị ngạt khói dẫn đến tử vong. Bốn nạn nhân còn lại bị cháy phần lớn cơ thể, cho thấy nguyên nhân tử vong vừa bị bỏng, vừa ngạt khói.

Sau khi vụ hỏa hoạn xảy ra, có dư luận đặt vấn đề phải chăng do chập điện từ hệ thống điện bên ngoài đường, đã bén vào trong nhà? Tuy nhiên, kết quả khám nghiệm hiện trường bước đầu đã cơ bản loại bỏ giả thiết này. Các dấu vết cháy, ám khói ở tầng 1 có chiều hướng từ trong ra ngoài và từ tầng 1 lên các tầng trên theo cầu thang bộ. Cơ quan chức năng nghiêng nhiều hơn về giả thiết, ngọn lửa đã hình thành từ chiếc quạt điện treo tường, rồi bén xuống xe máy dựng bên dưới. Chiếc quạt này đã được thu giữ để tiến hành giám định.