Na vině stál buď mrak, nebo meteorologický balón, nebo hejno ptáků. Tézí o zřícení stroje je mnoho, včetně těch konspiračních, které z pádu letadla obviňují spiknutí Leonida Brežněva. Žádná z nich nebyla definitivně potvrzena, ani vyvrácena.
Osudovým strojem se stalo letadlo MiG-15UTI, které bylo vyrobenu v Aeru Vodochody v bývalém Československu, dvanáct let před nehodou. Do kokpitu sedl bývalý kosmonaut s hrdinou SSSR, instruktorem Vladimírem Serjoginem. Vzlétly do výšky 4200 m a během pár minut splnili úkol a zažádali o brzké povolení k návratu, ačkoliv měl trénink trvat dvacet minut. Návrat byl bez okolků povolen a Gagarin s Serjoginem začali klesat. Bezpečně na zem se už ale nevrátili. Po několika hodinách byly trosky letadla nalezeny ve vzdálenosti 65 km od letiště, v malé vesnici Novoselovo.
O příčině nehody vzniklo celkem 29 spisů, žádný z nich ale nepotvrzuje, co doopravdy k tragickému pádu vedlo. Oficiální verdikt prosazený vedením vyšetřovací komise byl nevypočítaný úhybný manévr před mrakem nebo meteorickým balónem, po němž následoval pád.
Pravděpodobnější je ale verze o špatně utěsněné kabině, nebo snaze zabránit kolizi s jiným letadlem, které údajně ve stejnou dobu přelétalo výcvikovým prostorem. Žádnou oficiální verzi příčiny nehody Sověti nepodali. To, co z letounu zbylo, uložili do zapečetěných sudů.