Согласно официальной версии, крушение явилось результатом теракта. Лидер «Кавказского эмирата» Доку Умаров взял на себя ответственность за подрыв «Невского экспресса».

Обстоятельства и версии крушения

За 44 минуты до крушения по этому перегону проследовал скоростной поезд «Сапсан», совершавший испытательную поездку.

По версии следствия, подрыв взрывного устройства произошёл под электровозом ЧС200-010. В результате был вырван кусок рельса длиной более 50 см. Вследствие высокой скорости состав миновал место разрыва, оставаясь на рельсах. Сход двух последних вагонов с рельсов произошёл через 260 метров в результате разрушения рельсового пути в месте схода. Хвостовой вагон находился в вертикальном положении правее железнодорожного пути на 10—15 метров. Второй от хвоста вагон остановился от места схода ещё через 130 метров, находясь на боку на рельсошпальной решётке. Внешне этот вагон пострадал больше всех. Третий от хвоста вагон сошёл с рельсов одной тележкой, но остался стоять на пути, от состава вагон не отцепился. Хвост состава остановился на расстоянии 750 метров от предпоследнего вагона.

На месте происшествия обнаружена воронка диаметром около метра. Возбуждено уголовное дело по статьям 205 («террористический акт») и 222 («незаконный оборот оружия, взрывчатых веществ и взрывных устройств»). Назначена взрывотехническая экспертиза.

По мнению следователей сработало самодельное взрывное устройство, мощностью 7 кг тротилового эквивалента.

По данным газеты «КоммерсантЪ» на 2 декабря 2009, следствие разрабатывает версию о причастности к взрыву группы из четырёх уроженцев Кавказа, снимавших комнату в расположенном поблизости посёлке Лыкошино незадолго до происшествия.

Также существуют неофициальные версии, что сход поезда произошёл в результате температурного выброса пути, короткого замыкания, неисправностей локомотива или плохого состояния полотна.

3 декабря 2009 года были оглашены данные судебно-медицинской экспертизы.

Согласно данным, опубликованным в СМИ, в момент крушения скорость поезда составляла 190 километров в час. Большинство из погибших пассажиров ехали в последнем вагоне поезда (под № 1). Первые десять вагонов не пострадали. Вагоны № 2, 3 и 4 завалились набок, прислонившись к откосу. Вагон №1 оторвался от состава, поднялся над рельсами, столкнулся с тремя бетонными опорами линии электропередачи и ударился в откос своей торцевой частью.

Именно этот удар, а не взрыв, по заключению судмедэкспертов, привёл к массовым жертвам среди пассажиров. По данным заместителя начальника Тверского областного бюро судебно-медицинской экспертизы по экспертной работе Александра Романова, причинами смерти пассажиров были механические травмы, полученные от ударного воздействия, сильного сдавливания тел между тупыми твёрдыми предметами, а также трения о них. Следов воздействия огня на исследованные трупы не обнаружено.

По данным газеты «КоммерсантЪ», кресла российского производства из стального каркаса 40×60 мм в вагонах «Невского экспресса» незадолго до происшествия были заменены на лёгкие конструкции из алюминия и пластика производства ФРГ. Издание приводит слова очевидца, жителя посёлка Лыкошино, одним из первых прибывшем на место происшествия:

Войдя в вагон через двери заднего тамбура и посветив фонарями внутрь, мы сначала не поняли, куда вообще попали. Вагон, не считая трёх сдвоенных кресел у самой двери, был пустой, как комната перед ремонтом. Только приглядевшись, мы увидели, что вся его внутренняя начинка съехала в переднюю часть, образовав там плотноспрессованную кучу из кресел, багажа и человеческих тел. Эту массу мы и начали разгребать, вытаскивая из неё в первую очередь тех, кто ещё стонал.

4 декабря пресс-служба Тверского вагоностроительного завода заявила, что все кресла проходили необходимые испытания, на вагоны были получены сертификаты соответствия, а причиной разрушения кресел называют нагрузку, которая при аварии превысила в три раза допустимую, достигнув более 12g.

Заместитель главного конструктора ТВЗ Олег Кравченко подтвердил, что в поезде были установлены кресла немецкой фирмы Grammer, изготовленные из алюминиевого сплава, однако по его мнению, они не хуже отечественных, изготовленных на НПО в Долгопрудном, которые устанавливались ранее.

В тот же день Федеральная служба по надзору в сфере транспорта выдала РАО «РЖД» предписание с требованием приостановить эксплуатацию всех вагонов серии 61-4192, которые использовались на «Невском экспрессе» с аналогичными креслами до выяснения причин аварии и проведения дополнительных испытаний. Из эксплуатации выводятся 2 поезда «Невский экспресс». «РЖД» объявило, что обжалует это решение в арбитражном суде.

10 декабря появилось заявление вице-президента фирмы Grammer Ральфа Хоппе, который сообщил, что по результатам внутренней проверки оказалось, что напрямую в Россию эта фирма свои кресла не поставляет и договоров о поставках ни с кем в России не имеет. Хоппе предположил, что кресла могли быть получены от каких-либо перекупщиков, однако при этом выразил сомнение в том, что на «Невском экспрессе» были установлены кресла именно его фирмы.