В работе 2002 г. были тщательно проанализированы возможные источники систематической ошибки по трем категориям (внешние по отношению к КА, внутренние и математические) и вычислены их возможные величины. Максимальный вклад получился у реактивной силы, связанной с излучением восьмиваттного передатчика через антенну HGA, но он был в восемь раз меньше наблюдаемого эффекта и имел противоположный знак. Учли неопределенности, связанные с отражением тепла РИТЭГов от корпуса и антенны КА, различием в их излучательной способности, утечкой вырабатываемого гелия, неизотропным радиационным охлаждением, неконтролируемой утечкой топлива через клапаны и т. д. Сумма всех неопределенностей составила 1,33 единицы при величине эффекта 8,74 единицы – он оставался статистически значимым.
В последующих исследованиях внимание сосредоточилось на тепловом выходе РИТЭГов. Они генерировали примерно 2600 Вт в начале полета и около 2000 Вт ближе к его концу. Прекрасный источник энергии, если учесть, что направленного излучения мощностью всего 65 Вт хватило бы для создания наблюдаемого ускорения. Неясен был, однако, механизм фокусировки рассеиваемого тепла. В 2003 г. Луис Шеффер показал возможность направленного излучения величиной 52 Вт. Это было намного больше, чем предполагалось в обзоре 2002 г., но все же меньше необходимого. В 2007 г. Виктор Тот предложил учесть наряду с тепловым излучением РИТЭГов тепловое излучение от рассеивания электрической энергии и от радиоизотопных нагревателей и получил сходную оценку.
Параллельно предлагалось, но без убедительного обоснования, множество вариантов объяснения «эффекта Пионеров» с привлечением как внутренних сил, так и «новой физики» различного рода (сопротивление космической среды, новые теории гравитации, расширения теории относительности, космологическая константа и темная энергия, ускорение времени).
Вячеслав Турышев, российский исследователь, работающий в JPL, проделал огромную работу по сбору информации о траекториях и маневрах «Пионеров» до 1987 г. и записей телеметрии и по сохранению от списания и уничтожения «бумажного» архива проекта. Ларри Келлогг из Центра Эймса отыскал и скопировал на оптические диски телеметрические записи обоих КА за все время полета. Не удалось найти лишь магнитные пленки с данными за отдельные короткие промежутки, в том числе, к сожалению, за дни пролета «Пионера-10» у Юпитера. При поддержке Крейга Марквардта из Центра Годдарда были собраны данные доплеровских измерений практически за все время полета. Пригодными для анализа оказались данные по «Пионеру-10» с февраля 1980 г. (дальность 18 а.е., суммарно 23,1 года) и по «Пионеру-11» с середины 1978 г. (9 а.е., суммарно 10,75 лет).