ทางการสหรัฐกำลังสอบสวนความเป็นไปได้ที่ว่าการก่อการร้ายเป็นเหตุให้เครื่องสูญหาย โดยมุ่งไปยังผู้โดยสารสี่คนที่ใช้รูปพรรณปลอม[17][18] ซึ่งสองในสี่คนนั้น เป็นชายชาวอิหร่าน ซึ่งต้องการจะต่อเครื่องจากปักกิ่งต่อไปยังยุโรป

12 มีนาคม เรดาร์ปฐมภูมิ ของระบบป้องกันภัยทางอากาศของมาเลเซียจับได้ว่า เที่ยวบิน MH370 อาจมีการเปลี่ยนเส้นทางบินกลับมายังฝั่งตะวันตกของประเทศ โดยตำแหน่งสุดท้ายที่กองทัพอากาศมาเลเซียตรวจจับเครื่องบินไม่ทราบสัญชาติได้คือราว 200 ไมล์ทะเลทีความสูง 29,000 ฟุต ห่างจากรัฐปีนังไปทางตะวันตกเฉียงเหนือ ซึ่งเป็นพื้นที่คาบเกี่ยวกับพื้นที่ของมาเลเซีย ไทย อินโดนีเซีย และอินเดีย โดยสัญญาณได้หายไปในเวลา 02.15 น. (UTC+8)[19]

13 มีนาคม เดอะวอลล์สตรีทเจอร์นัล ของสหรัฐอเมริกา อ้างว่าฝ่ายความมั่นคงของสหรัฐอเมริกา ตรวจสอบพบว่า มีการส่งข้อมูลอัตโนมัติ ที่จะส่งมาทุกๆ 30 นาทีจากเครื่องยนต์โรลส์-รอยซ์ของอากาศยาน มายังภาคพื้นดิน โดยมีการส่งข้อมูลมาทั้งหมดติดต่อกัน 5 ชั่วโมง หรือเท่ากับว่าเครื่องบินได้บินต่อไปภายหลังสูญหายราว 4 ชั่วโมง หรือ 4,000 กิโลเมตรจากจุดที่สูญหาย อย่างไรก็ตาม ฝ่ายมาเลเซียไม่ได้ตอบรับกับข่าวนี้[20]

15 มีนาคม นาจิบ ราซะก์ นายกรัฐมนตรีมาเลเซีย ได้ออกแถลงการณ์ถึงความคืบหน้าของการสอบสวนว่า "...การสื่อสารครั้งสุดท้ายระหว่างเครื่องบินและดาวเทียมระบุถึงความเป็นไปได้ของจุดหมายปลายทางสองที่ หนึ่งคือการไปทางเหนือตั้งแต่ชายแดนของคาซัคสถานและเติร์กเมนิสถานจนถึงภาคเหนือของไทย หรือไปทางใต้จากอินโดนิเซียถึงตอนใต้ของมหาสมุทรอินเดีย และขณะนี้ หน่วยสืบสวนกำลังทำงานเพื่อหาข้อมูลเพิ่มเติมอยู่"..."[21]

ตลอดเวลาของห้วงเวลาที่สับสนนี้ รัฐบาลมาเลเซียค่อนข้างสงวนท่าทีและรอบคอบ มักจะเลี่ยงการตอบคำถามและข่าวลือต่างๆที่ออกมาอย่างรวดเร็ว การเปิดเผยข้อมูลหลายข้อมูลของรัฐบาลนั้น มักจะช้ากว่าวันที่รัฐบาลมาเลเซียได้รับข้อมูลอยู่หลายวัน ซึ่งทำให้ญาติของผู้โดยสารบนเที่ยวบินต่างไม่พอใจต่อท่าทีของรัฐบาลมาเลเซีย ตลอดจนกล่าวหาว่ารัฐบาลมาเลเซียกำลังซ่อนข้อมูลบางอย่างไว้[22]

เที่ยวบินนี้มีลูกเรือทั้งหมดเป็นชาวมาเลเซีย โดยมีกัปตันคือ ซาฮารีย์ อาหมัด ชาฮ์ ชาวปีนัง อายุ 53 ปี เขาเข้าทำงานที่สายการบินนี้มาตั้งแต่ปี พ.ศ. 2524 ด้วยประสบการณ์บินทั้งหมด 18,365 ชั่วโมงบิน มีผู้ช่วยนักบินคนที่หนึ่ง คือ ฟาริค อับดุล ฮามิด อายุ 27 ปี 2,763 ชั่วโมงบิน

29 กรกฎาคม 2558 มีการพบชิ้นส่วนเครื่องบินลอยมาติดชายหาดบนเกาะเรอูนียง ทางมหาสมุทรอินเดียตะวันตก[23] ต่อมาวันที่ 5 สิงหาคม นาจิบ ราซะก์ นายกรัฐมนตรีมาเลเซีย ได้แถลงการณ์ยืนยันว่าชิ้นส่วนปีกเครื่องบินที่พบที่เกาะเรอูนียงเป็นของเที่ยวบินที่ 370 จริง[24][25] อย่างไรก็ตาม หนึ่งชั่วโมงหลังนายกรัฐมนตรีมาเลเซียแถลง รองอัยการกรุงปารีส ได้ออกแถลงการณ์ว่าคณะผู้เชี่ยวชาญไม่มีการยืนยันใดๆว่าชิ้นส่วนดังกล่าวมาจาก MH370