经气象分析和实地勘查，距离“东方之星”号客轮倾覆位置北侧约8公里的老台深水码头附近，确实出现了龙卷风，此龙卷风为同一飑线天气系统下发生的灾害性天气，发生时间约为当晚9时20分至26分。此区域距离江岸约100米，通过对附近水域5艘船调查走访，龙卷风未影响江面，所以此龙卷风不是客轮翻沉的因素。经调查认定，客轮翻沉是由突发罕见的强对流天气（飑线伴有下击暴流）带来的强风暴雨袭击所致。
由中国工程院两位院士牵头国内外气象专家组成的气象调查分析团队，在综合分析气象卫星、天气雷达、地面自动气象观测、现场勘查航拍资料和当事人谈话笔录的基础上，认定事发水域出现了下击暴流（一种雷暴云中局部性的强下沉气流，到达地面后会产生一股直线型大风，越接近地面风速越大，最大地面风力可达15级）。
目前，多普勒天气雷达是探测下击暴流的主要手段，岳阳多普勒天气雷达（距事发地点50公里）观测分析显示，事发水域出现了下击暴流的三个识别特征。专家现场勘查、航拍资料和现场目击者回忆也表明，客轮倾覆水域风向符合下击暴流产生的地面直线型大风迹象。调查组综合分析判断，该下击暴流在客轮倾覆位置及其附近的江面上产生了呈直线型的向外辐散强风区，客轮正好处于强风区的影响范围内，主导风向为西北风。
5 气象部门能否预报下击暴流？
目前，国内外学者对下击暴流有一定研究，由于下击暴流导致的空气辐散现象仅仅发生在离地面较近的高度范围内，只有发生在离雷达非常近的距离才能被发现，多普勒天气雷达是探测下击暴流的主要手段，常规气象台站和仪器不能直接观测到。
从2004年开始，美国利用WSR-88D雷达进行了下击暴流识别和预警，结果表明：下击暴流的预警时间与其离雷达的距离有关，距离在20-45公里左右，提前预警时间为5.5分钟；在45-80公里范围内提前预警时间基本为0；小于20公里和大于80公里，则无法进行下击暴流预警。而岳阳天气雷达距事发地点50公里。
目前国内下击暴流识别业务预警算法正在研究当中。由于“东方之星”号客轮所遭受的下击暴流持续时间短，尺度只有2-4公里，属局地性、突发性、小尺度强对流天气，所以不能通过常规气象台站和仪器直接观测到。
6 船舶沉没之前是否掉头行驶？
根据“东方之星”号客轮AIS、GPS轨迹资料，现场勘查记录及获救船员、旅客、事发水域周边船舶船员陈述，结合船舶模拟试验，证实船舶在遭遇恶劣天气时没有掉头行驶。
客轮原定6月2日早上8时抵达荆州，但荆州接载乘客出游的客车因有其他接载任务，推迟到9时30分左右才能前来接载“东方之星”号客轮游客。因此，6月1日中午客轮从赤壁出发后放慢了速度，准备第二天9时30分左右抵达荆州。所以，客轮不存在赶时间问题。
7 船长在事发前是否弃船逃生？
事发后，共有12人生还（船员6人，乘客6人），其中7人自己游上岸，5人被救上岸。经调查，船长没有在事发前弃船逃生。其逃生经过为：船舶翻沉时，船长和另外两名大副谭健、程林等船员的位置在驾驶室。船舶倾覆后，船长张顺文和谭健、程林等船员一同落水，船长在水里摸到左舷窗户钻出水面，随后顺流游上左岸。上岸后，在下游方向遇到自游上岸的轮机长杨忠权、大副谭健和程林；随后4人沿岸边寻找其他可能自救人员，后来遇到重庆航道工程局施工作业船舶“鄂黄冈货2177”，张顺文借助施工人员手机向岳阳海事局和重庆东方轮船公司报告了船舶翻沉情况。之后上了海巡艇被带至当地派出所。
