เบื้องต้นคาดว่าสาเหตุของการเน่าเสียของน้ำอาจเกิดจาก 1) น้ำเสียจากภาคการเกษตร 2) น้ำเสียจากชุมชน 3) เรือบรรทุกน้ำตาลชื่อ ยูอี 35 ของบริษัทเพรสซิเดนไรซ์บราวน์ จำกัด ซึ่งบรรทุกน้ำตาลหนัก 650 =njvตัน ล่มกลางแม่น้ำเจ้าพระยา ที่ตำบลโพสะ อำเภอเมืองอ่างทอง เหนือบริเวณที่มีปลาตายไปตอนบนประมาณ 12.5 กิโลเมตร เมื่อวันที่ 3 มีนาคม 2550 และเริ่มมีการกู้เรือ เมื่อวันที่ 10 มีนาคม 2550 โดยใช้วิธีดูดซากน้ำตาลที่ตกค้างลงในแม่น้ำ ทำให้น้ำตาลละลายปนเปื้อนในแม่น้ำ และอีกสาเหตุหนึ่งอาจเกิดจากการปล่อยน้ำเสียจากโรงงานอุตสาหกรรม 4 แห่ง ได้แก่ โรงงานที่ตั้งอยู่บริเวณตำบลโพสะ อำเภอเมือง จำนวน 3 โรง คือ บริษัทสุภัทร์ธนากร เปเปอร์มิล จำกัด บริษัท ไทยเรยอน จำกัด (มหาชน) และบริษัท ไทยคาร์บอนแบล็ค จำกัด (มหาชน) และโรงงานที่ตั้งอยู่ที่ตำบลบางเสด็จ อำเภอป่าโมก จำนวน 1 โรง คือ บริษัท เคที เอ็มเอสจี จำกัด (โรงงานผลิตผงชูรส อายิโนะทาการะ)

        หลังจากเกิดเหตุ กรมชลประทานได้ระบายน้ำจากเขื่อนเจ้าพระยากับเขื่อนพระรามหก รวม 90 ลบ.ม./วินาที ตั้งแต่วันที่ 12 มีนาคม 2550 และเพิ่มการระบายน้ำจากแม่น้ำน้อย บริเวณอำเภอบางไทรเสริมอีก 10 ลบ.ม./วินาที เพื่อเป็นการบรรเทาและช่วยเจือจางน้ำเน่าเสียให้มีคุณภาพดีขึ้น นอกจากนี้ได้ติดตั้งเครื่องกลเติมอากาศของมูลนิธิชัยพัฒนาในพื้นที่จังหวัดพระนครศรีอยุธยาแล้ว 13 เครื่อง โดยจะติดตั้งที่อำเภอเมือง จังหวัดปทุมธานี 7 เครื่อง และในพื้นที่จังหวัดนนทบุรีอีก 10 เครื่อง

        ด้านกระทรวงสาธารณสุขได้ผลการตรวจวิเคราะห์ยาฆ่าแมลง จากซากปลาที่เก็บจาก จ.อ่างทอง ได้แก่ ปลาทับทิมที่เกษตรกรเลี้ยงในกระชัง และปลาธรรมชาติ ได้แก่ ปลาตะเพียน ปลากก ปลาสร้อย และตัวอย่างน้ำจากแม่น้ำเจ้าพระยา ด้วยชุดทดสอบยาฆ่าแมลงของกรมวิทยาศาสตร์การแพทย์ ไม่พบยาฆ่าแมลงแต่อย่างใด ในกรณีนี้จึงน่าจะเกิดจากปริมาณออกซิเจนในน้ำที่ลดต่ำลง

        ท้ายที่สุดเมื่อวันที่ 10 เมษายน นายเกษม สนิทวงศ์ ณ อยุธยา รัฐมนตรีว่าการกระทรวงทรัพยากรธรรมชาติและสิ่งแวดล้อม และนายสุพัฒน์ หวังวงศ์วัฒนา อธิบดีกรมควบคุมมลพิษ ได้รายงานต่อคณะรัฐมนตรีว่า สาเหตุของน้ำเน่าเสียในแม่น้ำเจ้าพระยาในครั้งนี้เกิดจากเรือน้ำตาลล่มเนื่องจากตรวจพบปริมาณน้ำตาลในบริเวณที่แม่น้ำเจ้าพระยาเน่าเสียสูงกว่าปกติ เมื่อมีน้ำตาลละลายในน้ำเป็นจำนวนมากทำให้ค่าออกซิเจนในน้ำลดลง ซึ่งเป็นผลทำให้ปลาตาย ในขณะที่ไม่พบความเชื่อมโยงเหตุการณ์ปลาตายกับโรงงานผงชูรส

        จากการเก็บตัวอย่างคุณภาพน้ำ ณ สถานีตรวจวัดคุณภาพน้ำในที่ต่างๆ โดยใช้การวัดออกซิเจนที่ละลายในน้ำ หรือค่า DO มีคำอธิบายที่บ่งบอกถึงระดับคุณภาพน้ำดังนี้