Отчет экспертов представлен, в июле 1990 года, через полтора года после катастрофы. Но оставался открытым вопрос, кто виновен в убийстве 270 человек? Началась самая грандиозная работа в истории криминалистики: предстояло изучить 15 тысяч свидетельских показаний в более чем 20 странах, 35 тысяч фотографий и 180 тысяч вещественных доказательств. Скотлэнд-Ярду помогали несколько десятков сотрудников ФБР и Федеральной уголовной службы ФРГ (ФУС).
Следствие двигалось по двум направлениям. Спецслужбы пытались определить страну или организацию, которая могла стоять за террористами, взорвавшими лайнер «Пан Ам», а полицейские тщательно изучали систему безопасности авиакомпании. Пока единственная зацепка, которая могла вывести их на след преступников, — тип взрывчатки. Деле в том, что «Семтекс» производился только в Чехословакии и не имел себе равных по мощности, компактности и удобству в обращении. Это секретное оружие Варшавского блока применялось исключительно диверсионными спецподразделениями. Официальные лица Чехословакии не отрицали, что некоторое количество «Семтекса» могло обходными путями попасть в страны «социалистической ориентации», вроде Ливии или Северной Кореи, но категорически отвергали возможность, что взрывчатка продавалась каким-либо террористическим или сепаратистским группировкам.
Спецслужбы Великобритании и Соединенных Штатов начали разрабатывать «ближневосточный след». В числе главных подозреваемых оказался Иран, чей пассажирский самолет недавно был сбит ракетой, выпущенной с борта крейсера «Винсеннес». Духовный лидер Ирана аятолла Хомейни пригрозил в ответ уничтожить американский авиалайнер.
В поле зрения спецслужб попали и другие арабские государства и экстремистские организации, в частности Народный фронт освобождения Палестины (НФОП), совершивший несколько диверсий и терактов против израильских и американских войск в Ливане; штаб-квартира НФОП размещалась в Западной Германии.
С начала 1988 года полиция ФРГ вела слежку за ее лидерами. Собрав доказательства их преступной деятельности, немецкие спецслужбы 26 октября провели удачную операцию по задержанию руководителей НФОП. В ходе операции было тщательно обыскано 12 квартир, арестовано 16 человек, изъят целый арсенал оружия. В машине террористов внимание полицейских привлекла с виду обычная радиомагнитола «Тошиба»; позже выяснилось, что в нее вмонтирована бомба, начиненная 300 г «Семтекса». Устройство имело два взрывателя; основной, барометрического типа, реагировал на изменения атмосферного давления и взрывался на определенной, заранее установленной высоте над уровнем моря. Бомба была хорошо замаскирована: приемник работал, а взрывчатку не высвечивал даже рентген. Для обезвреживания подобных механизмов многие аэропорты оснащены барокамерами, куда багаж помещается перед погрузкой в самолет. Однако бомба, изъятая у НФОП, имела дополнительный часовой механизм, который ставил барометрический взрыватель на боевой взвод только после того, как устройство проходило через барокамеру.
Среди арестованных немецкой полицией оказался иорданец Мустафа Кадара, искусный изготовитель бомб: в 1970 и 1972 годах три пассажирских самолета, летевшие из Израиля или в Израиль, были уничтожены или повреждены взрывами, виновником которых западные спецслужбы считали Кадару. Именно Кадара изготовил несколько бомб и некоторые из них встроил в «Тошибу».
В ноябре 1988 года бомба, замаскированная под радиомагнитолу, продемонстрирована на международной конференции по вопросам обеспечения безопасности полетов гражданских воздушных судов. Фотографии «Тошибы» разослали во все авиакомпании. В аэропорту Хитроу служба безопасности прошла целый курс по обнаружению в багаже и ручной клади пассажиров взрывных устройств, встроенных в бытовые приборы.
В мае 1989 года шведская полиция арестовала уроженца Египта и агента НФОП-ГК Мохаммеда Абу Тальба по подозрению в многочисленных терактах в Швеции, Дании и Нидерландах. В квартире египтянина на столе нашли календарь, в котором обведена дата 21 декабря 1988 года — день катастрофы над Локерби.
На совещании в Меккенгейме в сентябре 1989 года немецкие и шведские следователи утверждали: Абу Тальб поддерживал тесные контакты с лидерами группы НФОП-ГК. Значит, за Локерби ответственна эта организация? Но каковы мотивы террористов? На этот вопрос следователи отвечали: деньги и месть.