Согласно данным черных ящиков, в 01:45 лайнер попал в зону легкой турбулентности. Примерно через 7 минут она прекратилась. Затем командир экипажа разбудил второго пилота, чтобы он занял его место. После инструктажа командир покинул кабину и отправился отдыхать. Лайнер в это время летит в облаках и приближается к еще одной зоне турбулентности, поэтому экипаж немного снижает скорость.

В 02:10 происходит обледенение трубок Пито. Эти трубки расположены снаружи самолета и предназначены для определения приборной скорости путем измерения давления набегающего потока воздуха. Из-за обледенения трубок на дисплеях отображаются разные показатели скорости, из-за чего отключается автопилот и автомат тяги. Звучит предупреждение об опасности сваливания. Пилоты ничего не понимают и начинают паниковать. Пилот, который управляет самолетом, тянет сайдстик на себя. Самолет задирает нос, начинает набирать высоту и терять скорость. Другой пилот считает, что надо снижаться. Он пытается перехватить управление и воздействует на свой сайдстик. Через минуту самолет достигает максимальной высоты полета 11 600 метров.

Вернувшийся в кабину командир не понимает, что происходит, и не может организовать работу экипажа. Один пилот говорит, что у него ничего не отображается, а другой, что у них нет достоверных показаний. Самолет переходит в сваливание. Запись обоих самописцев заканчивается на отметке 02:14:28, когда, по всей видимости, лайнер рухнул в воду. В этот момент скорость самолета составляла 198 км/ч, а угол тангажа +16˚ (носом вверх).

В 2012 году Бюро по расследованию и анализу безопасности гражданской авиации Франции опубликовало окончательный отчет по факту крушения Airbus A330 в Атлантическом океане. Комиссия пришла к выводу, что с большой долей вероятности при полете в облаках произошло засорение трубок Пито кристаллами льда. Из-за этого приборы стали выдавать неверные показания скорости. Затем отключился автопилот. Второй пилот, который управлял лайнером, не распознал проблему и потянул сайдстик на себя. Угол атаки увеличился и самолет начал резко набирать высоту. После этого дезорганизованный экипаж совершал ненадлежащие управляющие действия, приведшие к выходу из стабильного полета. В том числе оба пилота в один момент по-разному воздействовали сайдстики. Самолет перешел в сваливание.

Пилоты не смогли распознать факт сваливания, так как сигнал о сваливании отключается при превышении определенного угла атаки и снижении скорости полета ниже определенного уровня. Поэтому, когда пилот отдавал сайдстик от себя, сигнализация включалась, а когда пилот тянул его на себя – отключалась. Это могло запутать экипаж. В целом пилоты не понимали, каким показаниям приборов можно доверять, а каким нет, поэтому экипаж запаниковал.