PA103A航班在德国黑森州法兰克福起飞,前往英格兰希斯罗机场。乘客在那里转机,然后航班改名为PA103继续旅程,飞往纽约肯尼迪国际机场。在炸弹袭击当晚飞伦敦至纽约一段的客机属波音747-121型,机身编号N739PA,命名为“海之侍女快帆号”(Clipper Maid of the Seas),是波音为泛美航空制造的第十五架747客机,于1970年2月交付泛美航空。
检查验尸证据的法医威廉·G·埃克特医生(Dr. William G. Eckert)向苏格兰警方表示,他相信飞行员及其他243名乘客在炸弹爆炸后,直到撞击地面时仍然生存。乘客当中无人有在爆炸中受伤的迹象。虽然遇难者可能已在30,000英尺高空因缺氧而失去知觉,法医相信他们可能在落到氧含较高的高度时恢复知觉。
英国调查专家根据一颗在洛克比找到的10毫米的碎片及中央情报局提供的资料,推断出炸弹定时装置的类型——在塞内加尔恐怖分子手中曾找到一批类似计时器。中央情报局的资料帮助调查人员继续追溯这个型号为MST-13计时器的来源:埃文·保利亚(Edwin Bollier of MEBO AG),这是一家位于苏黎世的瑞士公司。在随后的审讯中发现,保加利亚在炸弹袭击前向一名利比亚情报官员售出二十个这类计时器。这些计时器的可设定时间是1分钟至999小时。
恐怖分子最初计划是让飞机在爱尔兰海消失,但当晚的强风令PA103迟了30分钟才飞越苏格兰北部上空而不是平时西面路线的爱尔兰上空。在陆地上空爆炸意味着调查人员可获得飞机残骸。数以百计的苏格兰警察在坠机地点进行地毯式搜索。他们接到的指令是:“只要不是长在地上的东西也不是石头,就把它捡起来。”(If it isn't growing and it isn't a rock, pick it up.)决定性的证据终于出现:一小块碎布将调查方向指向利比亚,从它的纤维中找到了有微量的残余炸药。
利比亚阿拉伯航空公司的前保安主管阿卜杜拉·巴塞特·阿里·迈格拉希(Abdelbaset Ali Mohmed Al Megrahi)和他的助手阿明·哈里法·费希曼(Al Amin Khalifa Fhimah)于1991年为那次袭击而被指控。费希曼于1988年12月21日在马耳他的机场工作,而那时迈格拉希探望他,并涉嫌使用假护照进入该国。
其他人相信袭击责任在解放巴勒斯坦人民阵线总指挥部(Popular Front for the Liberation of Palestine - General Command,简称PFLP-GC),一个由阿荷曼·基利尔(Ahmed Jibril)领导、以大马士革为基地的抵抗派组织。该组织在1988年10月、袭击前两个月期间,活跃于法兰克福地区,而且他们将土制炸弹藏在家庭电子用具内,包括至少两部东芝收音录音机。不过他们所制的炸弹使用气压计触发器,在飞机达到其巡航高度时就会引爆。换言之,如果PA103上的炸弹用上气压计触发器,它在马耳他航空的班机上就已爆炸。
后来又有列斯特·柯曼(Lester Coleman)支持这个阴谋论。他自称由前自由新闻记者变为前药物执行管理局/国防情报局在塞浦路斯的线人,声称在药物执行管理局的办公室见过PA103其中一名乘客。柯曼后来将他的故事写成书,叫《八爪鱼的痕迹》(Trail of the Octopus)。他没有提出任何证据支持他的说法。