Наконец НАСА выделило две основные версии трагедии. Первая связана с отвалившимися во время старта термоплитками, которые должны защищать поверхность корабля от перегрева. Кадры видеосъемки зафиксировали, как по элементам конструкции левого крыла ударил некий предмет, вероятно, большой кусок теплоизоляции (около 20 кг) внешнего главного топливного бака. Кадры видеосъемки взлета очень нерезкие, и эксперты допускают, что термозащиту мог повредить и большой кусок льда, отслоившийся от того же внешнего главного топливного бака. По мнению космонавта Алексея Леонова, на старте могло возникнуть обледенение корабля. Вибрация привела к отрыву крупных кусков льда, которые и повредили теплозащиту «Колумбии».
Корабль был покрыт 24 тысячами особо термостойких пластин. Их размер 20 на 20 сантиметров при толщине в 50 миллиметров. Считается, что во время полета отлететь от корпуса может 200 пластинок. Но в самых опасных местах, где тепловой поток достигает нескольких сот градусов, все пластины должны быть в целости до самой посадки. В пользу версии о нарушении теплового режима при входе в атмосферу говорит и прекращение радиосвязи с Землей, что могло произойти из-за появления плазменного фронта, вызванного чрезмерным разогревом корабля при встрече с набегающим потоком воздуха.
По второй версии НАСА челнок пострадал не при старте, а уже в космосе. Шаттл лишился термозащиты незадолго до окончания миссии в результате столкновения с метеоритом или от удара молнии.
Не прошло и двух недель после катастрофы, как члены правительственной комиссии США, расследующей причины гибели шаттла, обнародовали предварительные выводы. Космический корабль «Колумбия» скорее всего развалился на части под разрушительным воздействием раскаленных газов, которые ворвались в полость его левого крыла при прохождении через плотные слои атмосферы. Огненная масса, вероятно, проникла в отсек, в который убираются шасси, вызвав взрывы и возгорание внутри корабля.
Эксперты также отметили, что отлетевшие термоплитки не могли стать причиной «прожога» корпуса при вхождении «Колумбии» в плотные слои атмосферы. Точное же место прорыва раскаленных газов внутрь корабля членам комиссии пока установить не удалось. По словам представителя НАСА Джеймса Хартсфильда, дыра могла образоваться и в корпусе корабля, и в левом крыле, и в двери отсека, в который убирается левое колесо «челнока».
В то же время ряд независимых экспертов считает, что истинные причины катастрофы шаттла «Колумбия» могут так и остаться невыясненными.