המוסד הישראלי, ה-CIA האמריקאי ושירותי המודיעין בבולגריה פועלים בשלושה כיוונים שונים בחקירת הפיגוע בשדה התעופה בבורגס ביום רביעי, בו נהרגו חמישה ישראלים - כך מדווחים כלי תקשורת בבולגריה. החשד העיקרי הבוקר (שישי) הוא כי חיזבאללה, בסיוע משמרות המהפכה של אירן, עומדים מאחורי הפיגוע - בדומה לאמירות שהופנו כלפי חיזבאללה ואירן מצד ראש הממשלה בנימין נתניהו, שר החוץ ליברמן וגורמים נוספים בצמרת השלטון הישראלי, וקיימת הערכה כי המחבל הסתייע באזרחים בולגריים בהוצאת הפיגוע לפועל.
במקביל, תשלח המשטרה הבינלאומית, אינטרפול, יחידת מומחים מיוחדת שתסייע בחקירה. מפקד האינטרפול, רונלד נובל, אמר כי בהתחשב בדיווחים לפיהם המחבל החזיק מסמכים מזויפים, "יש צורך לבדוק האם הם נמצאים על בסיס מידע מסוים, בו נמצאים מסמכים נוספים שנגנבו, והאם החשוד השתמש גם בהם במהלך שהייתו בבולגריה". "לאחר אירועי ה-11 בספטמבר, מדינות רבות מדינות את המשמעות של אזהרה מפני איומי טרור", הוסיף.
טרור בבולגריה - סיקור מיוחד בוואלה! חדשות
אחד העדים שנחקר בפרשה הוא נהג המונית החשוד שהסיע את המחבל לשדה התעופה, אך פרטים מחקירתו טרם נחשפו. לדברי הפרקליטות המקומית, המחבל שהה זמן מה באזור, ניסה לשכור רכב אך חשדות באשר לרישיון הנהיגה המזויף שנשא עמו מנעו את העסקה.
סוכנות הידיעות הבולגרית "נוביניטה", מדווחת כי על פי ראש המודיעין לשעבר במדינה, קירצ'ו קירצ'ב, שני כיווני חקירה אחרים שנבדקים כוללים מעורבות של אל קאעדה או גורמי טרור מטורקיה שחיפשו לנקום על אירועי המשט הטורקי במאי 2011 - אפשרויות שלא נלקחות בחשבון בישראל.
ערוץ bTV הבולגרי ציטט גורמים במדינה שטוענים כי מספר אזרחים בולגרים סייעו למחבל בבורגס, בהם אזרחים לבנונים או פעילי איסלם קיצוניים מבולגריה, שהיו גם אחראיים לתכנון הפיגוע. לדברי אותם גורמים, מטען הנפץ בפיגוע היה מתוצרת ביתית, לפיהם, אך יחד עם זאת עוצמתי במיוחד.
כיוון החקירה העיקרי זהה להאשמות שהטיח ראש הממשלה אתמול בחיזבאללה ואירן, כשאמר כי ארגונו של נסראללה הינו "זרועה הארוכה של אירן". ה"ניו יורק טיימס" ציטט הלילה בכיר אמריקאי שציין כי ה-CIA בדעה כי המפגע פעל מתוך הנחיה לפגוע במטרות ישראליות, וזהותו מאששת את החשד הישראלי, לפיו המחבל הינו איש חיזבאללה בתא הבולגרי של ארגון הטרור.