Căn cứ hồ sơ điều tra khám nghiệm hiện trường, Tổng công ty Đường sắt Việt Nam xác định nguyên nhân vụ tai nạn là do trong quá trình tác nghiệp đón tàu ASY2 thông qua đường số 2, ban chạy tàu ga Núi Thành và ban lái đầu máy D11H-350 không thực hiện đúng quy trình tác nghiệp để đầu máy dồn chạy vượt mốc tránh va chạm đường số 3 gây tai nạn.
Trách nhiệm cá nhân trực tiếp trong vụ tai nạn này là các chức danh trực ban ga Núi Thành, trưởng dồn ga Núi Thành, gác ghi ga Núi Thành, lái tàu và phụ lái đầu máy D11H-350 tàu 2469.
Tổng công ty ĐSVN cũng xác định trách nhiệm các đơn vị liên quan, theo đó, Chi nhánh Khai thác đường sắt Nghĩa Bình sẽ phải chịu 55% chi phí thiệt hại vụ tai nạn và Chi nhánh Đầu máy Đà Nẵng chịu 45% chi phí thiệt hại vụ tai nạn.
Bên cạnh đó, Giám đốc Chi nhánh Khai thác đường sắt Nghĩa Bình và Giám đốc Chi nhánh Đầu máy Đà Nẵng xử lý trách nhiệm các cá nhân, tập thể của đơn vị mình, tự kiểm điểm trách nhiệm người đứng đầu theo đúng quy định.
