Chiến dịch điều tra vụ khủng bố đang được tiến hành rộng khắp. Khu vực trung tâm thành phố Boston đã được lệnh đóng cửa nhiều ngày để phục vụ công tác điều tra. An ninh tiếp tục được siết chặt tại tại nhiều thành phố lớn của Mỹ như Thủ đô Washington, thành phố New York và các sân bay lớn trong cả nước.
Cuộc điều tra về vụ khủng bố hiện đang được xúc tiến với manh mối là những trái bom sử dụng hôm 15/4 được chế tạo một cách rất thủ công. Những kẻ chủ mưu đã sử dụng các nồi áp suất đổ đầy thuốc nổ và các vòng bi, và theo các nhà điều tra, các thiết bị nổ nhiều khả năng được bỏ vào một chiếc ba lô học sinh và được kích nổ bằng cách hẹn giờ. Các trái bom sử dụng trong vụ này có phần giống với những thiết bị nổ đã được sử dụng trong vụ đánh bom tại Đại hội thể thao Olympic mùa Hè ở Atlanta, Mỹ hồi năm 1996 làm 2 người thiệt mạng và 150 người bị thương.
Các nhà điều tra đang vận động những khán giả của cuộc chạy marathon hãy gửi cho cảnh sát những bức ảnh và các đoạn video clip mà họ tự chụp hoặc quay để giúp tìm ra những kẻ tình nghi thực hiện vụ khủng bố này.
Phát biểu trong cuộc họp báo lần thứ hai tại Nhà Trắng kể từ khi xảy ra các vụ đánh bom, Tổng thống Mỹ Barack Obama đã gọi vụ đánh bom kép ở Boston là hành động khủng bố "hèn hạ", tuy nhiên chưa rõ thủ phạm vụ tấn công là tổ chức trong nước, ngoài nước hay cá nhân, và nguyên do là gì.
Tổng thống Barack Obama nói: "Đây là hành động tàn ác và hèn hạ. Dựa trên những gì được biết, FBI đang tiến hành điều tra nó như một hành động khủng bố. Bất cứ vụ tấn công bằng bom hẹn giờ nào nhằm vào dân thường vô tội đều là hành động khủng bố”.
Nhà Trắng đã lệnh treo cờ rủ để tưởng niệm 3 nạn nhân bị thiệt mạng và 176 người bị thương trong các vụ nổ bom hôm 15/4 tại thành phố Boston. Tổng thống Obama sẽ hủy chuyến thăm theo kế hoạch tới bang Kansas vào ngày 18/4 để tới Boston dự lễ tưởng niệm các nạn nhân.
Trong cuộc điều trần bất thường tại Quốc hội ngày 16/4, Bộ trưởng Quốc phòng Mỹ Chuck Hagel cũng mô tả các vụ đánh bom này là "hành động khủng bố thô bạo".
Tuy nhiên, theo Bộ trưởng An ninh Nội địa Mỹ Janet Napolitano thì chưa có dấu hiệu cho thấy các vụ đánh bom này là một phần của một kế hoạch lớn hơn.