航空事故調査委員会が結論付けた事故原因の要点は以下の通りである。
1978年6月2日に伊丹空港で同機がしりもち事故を起こした。
その後のボーイング社による修理が不適切だったため、飛行の度に客室へ与圧を繰り返す内に圧力隔壁に金属疲労が蓄積した。
金属疲労が限界を超え、そのために飛行中に圧力隔壁の破壊が発生した。
圧力隔壁から漏れ出した空気が後部の空洞を伝って垂直尾翼を破壊し、航空機後部の4系統ある油圧操縦システムの全てが失われて操縦不能に陥った。
油圧の無い状況でフラップを出しすぎたため、急激なダイブに陥り墜落した。
航空事故調査委員会による結論以外に様々な仮説が出されているが、科学的検証が不十分な（もしくは全く無い）仮説が散見されており注意が必要である。
「航空事故調査委員会による結論」は当時の乗員・乗客の行動や生存者の証言との矛盾点として圧力隔壁破壊が発生した場合に起きる急減圧、室温低下などの現象が証言からは発生したことが窺えない点が指摘されている。それによれば7000メートルを超す高空で圧力隔壁が破壊された場合、機内の気圧が急激に低下し減圧症により乗員・乗客が意識を喪失してしまう可能性が高いにもかかわらず、同機では前述のように遺書を残したり機内を撮影した乗客がいることを考えると急減圧が起きていなかったのではないかと推測されるのである（実際に2005年8月14日にキプロス・ヘリオス航空のボーイング737型機がギリシャ北部の山中へ墜落したヘリオス航空522便墜落事故では、与圧装置のモード変更ミスによって同レベルの高高度で上記の「急減圧」が発生し操縦士が意識を喪失したことが墜落の主原因とされている。救援に向かったギリシャ空軍戦闘機のパイロットが目撃。急減圧が発生すれば人体への影響が大きい事を示している）。
この矛盾のため、フラッター現象や機体の構造的欠陥（2002年に機体の老朽化によりチャイナエアラインのボーイング747型機が南シナ海海上で空中分解を起こしたチャイナエアライン611便空中分解事故がある）などの他の事故原因を主張する専門家やジャーナリストも多い。また垂直尾翼が破損した後に多くの部品が相模湾に落下したが、事故調査委員会が事故原因の鍵を握っているはずのそれらの部品の捜索を早期に始めず、またすぐに打ち切ったことが「航空事故調査委員会による結論」に疑問的見解を持つ者たちの一つの拠り所になっている。
また、当時ボーイング社が事故原因の結論を急いでいたとの指摘もある。これは同年6月に大西洋上でインド航空のボーイング747が墜落する事故（後に爆破テロと判明）が発生しており、ボーイング747シリーズ全体に重大な欠陥が存在していた可能性があると考えられたためである。結果的に事故機固有の欠陥が原因であるとされたが、400型では垂直尾翼の設計が変更になっている。このことからボーイング747型機の気密安全の構造上の問題（急激ではない、慢性的な圧力漏れがあった際には、圧力隔壁後部の機体側に存在する安全弁が働かない可能性など）を隠し、世界中で運行されていた747型機を飛行停止にしないために事故原因を単なる修理ミスによる圧力隔壁の急激な破壊として事故の早期解決を図ったとの意見もあり、実際に事故後に400型機へと改良された際に上記の気密安全構造が改修されているという事実も存在する。
一部で、自衛隊の訓練用空対空ミサイル標的機や訓練用空対空ミサイルの衝突など外部から受けた衝突などの説が囁かれているがもし標的機やミサイルなどが衝突した場合、空中分解に至らずも尾翼周辺に何らかの痕跡が残るのは必至で隠滅も困難だが、機体後部は垂直尾翼を除き大半が回収されており痕跡も発見されていない。
このことから最も有力な事故原因の仮説としてはボーイング社による修理ミスを起因とした圧力隔壁の破壊ではなく、ボーイング社による垂直尾翼の設計時の不備が主因として唱える者もいる。
なおCVRは現在日本航空が管理していて、今後再調査の必要が生じれば提供する用意があるとのことである。日本航空機長組合[17]、日本航空乗員組合[18]は2006年11月現在も事故調査結果に納得しない旨、再調査を求める意見をウェブサイト上に掲げている。しかし事故から20年を迎えた2005年、航空・鉄道事故調査委員会は「現在のところ事故の再調査をする予定はない」と公表している。
この日は夏休み中で翌日の「お盆の入り」を控えていたこともあり、休みに入っていた人が多かった。そのため同機には出張帰りのサラリーマンのほか、帰省客や翌日に行われる甲子園球場での高校野球選手権大会に出場する学校の関係者、茨城県筑波郡（現・つくば市）で開催されていて日航は同博覧会の「オフィシャル・エアライン」を務めていた筑波科学万博や東京ディズニーランドなどからの帰宅者、海外からの観光客なども多くの搭乗者があり、ほぼ満席の状態だった。高校野球観戦のため一人で搭乗していた9歳の子供も犠牲となってしまった。生存者は4名（全員女性）で、うち1名は日本航空の非番の客室乗務員だった。
歌手の坂本九、元宝塚歌劇団娘役で女優の北原遥子、21年ぶりのリーグ優勝を目前にした阪神タイガース球団社長の中埜肇、ハウス食品社長の浦上郁夫、大相撲の伊勢ヶ濱親方（元大関・清國）の妻子、タレントの吹田明日香の母、大阪大学教授の塚原仲晃、コピーライターで中島らもの師匠でもあった藤島克彦など著名人が多く乗り合わせていたことも大きな関心を引いた。中埜は阪神電鉄の久万俊二郎社長（阪神タイガースオーナー）の代理として東京へ出張し、大阪の阪神電鉄本社に帰る途中に事故に巻き込まれた。浦上はグリコ・森永事件が収束したこと[19]を先代社長の墓前に報告するため大阪のハウス食品本社へ帰る途中事故に巻き込まれた。