Khi vụ khủng bố này xảy ra, người ta đã nhớ ngay đến những cảnh báo do Đại sứ quán Mỹ phát đi vào đầu tháng 3 này kêu gọi công dân Mỹ tại Nga tránh những nơi công cộng và tụ tập đông người vì "những kẻ cực đoan" đã có kế hoạch sắp xảy ra cho một cuộc tấn công ở Moscow. Một số đại sứ quán khác cũng làm theo và đưa ra cảnh báo tương tự. Tuy nhiên, phát ngôn viênl Nhà Trắng Kirby đã phủ nhận rằng: "Tôi không cho rằng cảnh báo đó liên quan đến vụ tấn công cụ thể này". Nhà Trắng đồng thời cũng cho rằng không có dấu hiệu nào cho thấy vụ khủng bố có liên quan đến Ukraine nhưng Moscow, trong những tuyên bố mới nhất, không loại trừ khả năng này.
Cơ quan thực thi pháp luật và an ninh Nga đã bắt giữ tổng cộng 11 nghi phạm sau vụ tấn công khủng bố, trong đó có 4 nghi phạm chính. Các quan chức thực thi pháp luật Nga chưa công bố bất kỳ dữ liệu nào về tên hoặc quốc tịch của 11 người đang bị giam giữ. Bộ Nội vụ Nga chỉ xác nhận rằng không có nghi phạm chính nào có quốc tịch Nga.
Sau đó, một số video ghi lại cảnh giam giữ và thẩm vấn những kẻ được cho là thủ phạm đã xuất hiện trên mạng. Hai trong số các video được tổng biên tập đài RT - Margarita Simonyan đăng tải, một video khác do nhà báo Aleksandr Kots công bố.
Theo đài RT, trong các đoạn phim này, một trong những nghi phạm đã khai khi thẩm vấn rằng vũ khí đã được chuẩn bị sẵn bởi những người phụ trách mà họ không quen biết và chỉ liên hệ qua Telegram. Một chiếc xe mà họ sử dụng trong vụ tấn công cũng được cho là đã được mua từ một trong những người thân của nghi phạm ngay trước khi xảy ra vụ khủng bố.
Một trong những nghi phạm được quay phim khi bị các nhân viên thực thi pháp luật thẩm vấn khai rằng anh ta đã phạm tội "vì tiền". Người đàn ông cho biết anh ta đã được hứa tặng 500.000 rúp (tức khoảng 5.418 USD) và đã chuyển một nửa số tiền này vào thẻ ghi nợ của anh ta trước vụ tấn công.