紐約市警察局在爆炸發生後的24小時內竟接連接到四個電話，均聲稱對此事負責。接電話的警察不敢怠慢，每一個電話都進行了錄音，並逐字逐句進行處理，指望從中發現一些蛛絲馬跡，或者從中找出真兇。結果當然是令人失望的。聯邦調查局緊急行動起來，開始了美國歷史上空前的調查活動，其規模足以令聯邦調查局此前的任何一次行動黯然失色。
為了追查真兇，弗裡奇局長親自坐鎮，在華盛頓成立了指揮中心，並向全國發出了標誌著最高行動狀態的「紅色密碼」，要求各地協同，提供線索，聯邦調查局當天即向紐約增加警力。中央情報局的反恐怖中心也行動起來，熱線立即開通，並向世界各國發出求援急電，要求各國提供各恐怖組織的最新動態。
此外，電腦專家、心理學家、爆破專家也緊急行動起來，協助破案。當然，警方深知，恐怖分子以世界貿易中心為爆炸目標，定是與美國及紐約有著「深仇大根」，否則，是不會下此毒手的。216隱身大亨本·拉登
那麼，當今世界，誰與美國有著如此「深仇大恨」呢？
破案人員首先想到前南斯拉夫的塞爾維亞人。由於美國在前南斯拉夫的衝突中拉偏架，袒護克羅地亞和波黑穆斯林，對塞爾維亞人大打出手，早就在塞族引起公憤。南斯拉夫激進黨領導人塞塞約就曾對美國發出過多次威脅，而布什政府也把塞塞約列為「戰爭罪犯」，塞塞約多次表示要復仇。塞族軍事指揮官姆拉迪奇就說過，他要把戰爭運河引到美國。當然，當真要與美國打仗，只怕也不容易。不過，如果他派出一些恐怖分子，到美國興風作浪，製造混亂，那也不是沒有可能的。波黑駐聯合國大使就說，塞族完全可能採取一些行動迫使美國人少管閒事。再說，第7個打進電話聲稱對爆炸負責的就是一個自稱為「塞爾維亞解放陣線」的人。不過，這一說法立即遭到塞裔美國人組織的反駁。該組織的發言人稱：「隨便哪個傻瓜都可以拎著電話聲明與爆炸有關。」
爆炸案發生後翌日，又有一個以前聞所未聞的組織自稱事件是他們做的。一個名為「解放聖地伊斯蘭軍」聲稱，是該組織放置的炸彈，抗議「在阿拉伯半島內的伊斯蘭遺址遭佔領」，又時值正在美國服刑的拉赫曼釋放出獄，於是，相關的推測與謠言更是五花八門，令人目不暇接。
3月2日，《紐約時報》收到了一封署名為「解放軍第五連」的信件，覺得恐怖分子可能來自中東。因為信中揚言，除非美國答應他們的要求，包括終止與以色列合作，否則，他們就要對美國的軍用和民用設施繼續進行攻擊，連核設施也不能倖免。
要在世界貿易中心炸出這麼一個大坑，炸彈量恐怕有500磅—1000磅。如此數量的炸彈，要帶人美國恐非易事。那麼，恐怖分子能否就地取材呢？五角大樓的武器庫裡就有這樣一種產品，它的性能極似「塞麥克斯」（Semex），深受北約及美國各工礦公司的歡迎。恐怖分子極有可能從美軍的武器庫中偷出一點來。
清理現場時救援人員找到了幾盤錄像帶，其中一盒錄像帶顯示，有一輛福特牌汽車從車庫中急駛而出，如果沒有重要的事情，汽車的車速是不可能有這麼快的。調查人員由此推斷，這輛小車可能就是裝載炸藥進入世界貿易中心的那輛小車。作案者的尾巴終於露出來了。此外，兩位調查人員還在現場清理出一塊扭曲的黃色銅牌和十幾片碎片。經鑒定，那塊銅牌是一輛福特貨車的殘片，號碼為XA70668。
這是一個重大的發現！
調查人員開始按圖索驥，進行全面的調查。
他們找到了這輛汽車的主人：與紐約州一河相隔的澤西市肯尼迪大道1558號賴特卡車出租公司。該公司證明，這輛汽車確實是它的，但已在一周前祖給了一個名叫穆罕默德·薩拉馬的男子，而且，薩拉馬還三番五次來公司糾纏，說他的汽車被盜，要求退還他的400美元押金。薩拉馬丟車之說，沒有得到警方的證明，因此，賴特公司也無法退還他的押金。
調查小組在獲悉這一情報後立即設下圈套，等待薩拉馬再次前來索款。3月4日，薩拉馬果然打來電話，這次，公司職員沒有拒絕他的要求。原來，偽裝成公司職員的聯邦調查局特工在電話中告訴他，雖然沒有警方的證明，但他仍然可以取回一半押金，讓他隨時來取。薩拉馬不知其中有詐，興沖沖地趕到賴特公司，聯邦調查局的特工有意與他周旋，詢問了一些有關丟車的情況，薩拉馬不疑有詐，只想取回自己的押金。他取錢後準備乘出租車離開，正在這時，一群聯邦調查局特工截住了他。
隨後，聯邦調查局對他的住所進行了搜查。結果，儘管警犬在他的房間中嗅到了強烈的炸藥氣味，但特工費盡九牛二虎之力，還是沒有找到炸藥，只是找到了一些與製造炸彈有關的材料，如天線、電路圖、接線說明書。這些材料不能證明薩拉馬與炸彈直接有關，但已經足以將他列為重大嫌疑犯了。
警方認為，如果爆炸真與薩拉馬有關，那麼，薩拉馬絕對不會單槍匹馬，因為爆炸世界貿易中心是一件舉世震驚的大事，而薩拉馬卻為他那區區幾百美元押金斤斤計較。因此，薩拉馬背後必定有一條大魚。警方隨即圍繞薩拉馬進行了周密的調查，凡是與薩拉馬有接觸的人都脫不了干係。
在爆炸案發生的前一天，有人發現薩拉馬與其他幾個人一起出入澤西市的一間倉庫，並向一個名叫尼達爾·阿亞德的人打過電話。於是，警方對那個倉庫進行了突擊搜查，這次搜查發現了不少物證，倉庫裡有幾包尿素、數瓶硝酸，還有一些燒瓶、試管和引線。這些東西已經足以製成炸彈了。