14 августа по указанию президента В.Путина для расследования причин гибели АПЛ «Курск» была создана Правительственная комиссия во главе с заместителем председателя Правительства РФ И. Клебановым. В сентябре 2000 года все российские корабли, участвовавшие в учениях, были осмотрены у пирса с внешней надводной и внутренней подводной сторон. Запросы о возможном участии иностранных объектов были направлены, на многие из них были получены ответы, но разрешения на осмотр предполагаемых объектов они не содержали.
Для обследования поднятого «Курска» была создана следственная группа в составе 43 человек. В полном составе группа собралась 27 сентября, её основу составляли следователи, работавшие с момента возбуждения уголовного дела. С 27 сентября по 22 октября группа проходила специальную подготовку, в её распоряжение были предоставлена подводная лодка этого же проекта вместе с экипажем. В процессе подготовки за следователями закреплялся определённый отсек, также отрабатывалось перемещение в противогазах и с газовыми баллонами за спиной.
К осмотру поднятого «Курска» были привлечены около 50 специалистов ЦКБ «Рубин», а также командиры отсеков с подводных лодок этого же проекта.
После подъёма в отсеках стоял сильный запах, в некоторых отсеках была большая концентрация угарных газов. 9-й отсек по пояс был заполнен мазутом, водой и прочими веществами, 5-й и 6-й были относительно чистые, там практически отсутствовала вода и угарный газ. В переборках между отсеками есть герметичные межпереборочные стаканы, предназначенные для сохранения предметов в случае непредвиденных ситуаций. Между 8-м и 9-м отсеками их было два, в обоих оказались только предусмотренные регламентом чистые листы бумаги с карандашами. Следствием устанавливалась причина, по которой спасательный аппарат не смог присосаться к площадке в районе 9-го отсека, в день проводилось до 6–7 экспериментов по присосу. Было установлено, что в 4-м отсеке находилось больше людей, чем там должно было находиться. По словам главкома ВМФ РФ В.Куроедова, в 5-м отсеке атомохода, где находился пульт управления главной энергетической установкой «Курска», обнаружен самописец и сильно повреждённая водой вахтенная документация. По его словам, вёлся поиск самописца и вахтенной документации в 3-м отсеке, где находились боевые посты радистов, химиков и радиометристов. Расшифровку 22 кассет магнитофонных записей с атомохода «Курск» выполняли специалисты петербургского «Центра речевых технологий».
В течение года часть следователей собирала идентификационные признаки, опрашивая родственников, друзей, сослуживцев погибших подводников, запрашивая сведения из медицинских учреждений, вплоть до детских поликлиник.
Было собрано 9 томов. Также судебным медикам были предоставлены медицинские книжки, обнаруженные в 4-м отсеке. На 19 декабря 2001 года было извлечено 73 и опознано 65 тел погибших подводников. К 20 марта 2002 года удалось обнаружить и опознать тела 115 погибших подводников. Тела двух матросов и главного специалиста «Дагдизеля» обнаружить не удалось.
Причины, вызвавшие взрыв, окончательно не установлены. По заключению правительственной комиссии наиболее вероятным является нештатная ситуация в торпедном отсеке. Вполне возможно, что ситуация развивалась следующим образом: взрывная волна первого взрыва прошла в
Центральный пост, находящийся во втором отсеке. Далее взрывная волна прошла по трубопроводам вентиляции, загнула штоки гидроподъемников выдвижных устройств, из-за чего все они так и остались поднятыми.
Эта же взрывная волна забросила во все отсеки и запах гари. Именно поэтому весь оставшийся к тому времени в живых личный состав, сразу же включился в портативные дыхательные аппараты, а офицеры, находившиеся на пульте ГЭУ, в шланговые дыхательные аппараты. Из-за того, что весь личный состав Центрального поста вышел из строя, и лодкой уже некому было управлять, К-141 начала стремительно погружаться. Пожар в 1-м отсеке продолжался, а потому подводники, находящиеся в третьем отсеке начали уходить в сторону кормы. Однако дальше 4-го отсека уйти не успели.
Еще до опускания на дно, на подводной лодке сработала аварийная защита реактора, и почти сразу же за этим последовал второй взрыв (со времени первого прошло около ІЗОсекунд) гораздо большей мощности, чем первый. Причиной этого взрыва стал продолжающийся пожар в 1-м отсеке, добравшийся до стеллажных торпед, после чего последовала их детонация. Новая ударная волна была в несколько раз мощнее первой. От ее удара переборка между 1-ми 2-м отсеками, работая как поршень, двинулась к корме, сминая и сметая все на своем пути, срезая даже трубопроводы ВВД. В результате этого воздух высокого давления стал интенсивно поступать из цистерн в 1, 2 и 3-й отсеки и выходить наружу через пробоину в 1-м отсеке.
Новая взрывная волна разрушила трубопроводы вентиляции, вплоть до 5-бис отсека. Эта волна догнала и убила всех тех, кто пытался найти спасение в 4-м отсеке. Их там так и нашли там, тридцать человек, лежавших друг на друге в коридоре 4-го отсека.