该艇在返回青岛威海基地途中为潜艇重新充电。按照程序，充电是要启动柴油发电机，这种发电机启动时需要燃烧大量的氧气，故潜艇需要浮到接近海面，将指挥台上方的潜望镜和进气阀伸到海面上吸入空气。但调查发现，柴油发电机被启动时，进气阀因机械故障并没有打开，柴油机启动后大量吸燃艇内的氧气。有关数据显示，艇内的气体含氧量不足两分钟内即下降到零。

      由於三六一潜艇在进行「静默」训练，中断了所有与外间的电讯联络，故外界没有人能及时发现出了意外。各舱盖当时都是关闭的，因内部氧气被吸光，气压失衡，1至7舱在负压力下，舱口盖已不可能从内打开，故即使官兵企图逃离也不可能。

      四月二十六日，海军基地接到威海渔民报告，在渤海和黄海交界处的内长山群岛以东海域发现半潜状态的三六一号潜艇在漂浮，军方立即派员到场，发现三六一潜艇只有潜望镜部分露出了水面漂浮。救援人员进入潜艇发现，艇员全部倒毙在自己的工作位置上，没有任何痛苦或挣扎痕迹。经初步检验，潜艇没有任何损坏，死者证实都是急性窒息致死。
   中国官方公布了361 号潜艇失事造成七十名官兵罹难之後，没有再进一步说明意外发生的详情，因而引起外界对这次意外原因的诸多猜测。英国的潜艇专家就认为，发生这样伤亡巨大的潜艇意外显得很神秘，艇上人员可能是突然中毒致死。根据中国官方的报道称，失事潜艇「已被拖回港口」。美国军方也表示，美方并没有侦察到这次意外，是在中国主动公布了事件後才知道的。故不少专家试图解开这次意外之谜时，均认为潜艇失事时并没发生剧烈撞击或爆炸，而倾向於船员是中毒致死。 
　　英国皇家联合军事研究所专门研究中国海军的专家麦克金蒂接受美联社采访时表示，从目前公开的资料来看，这宗事故不一定是在水底发生，否则不可能这么快就找到潜艇并打捞起来「拖回港口」。但在水面上发生这样伤亡巨大的意外就显得很神秘。他猜测，事故原因可能是从电池中漏出的液体和海水混合後产生氯气，导致舰上官兵死亡，或者鱼雷推进剂泄漏，舰上人员中毒致死。

　　德国通讯社也引述一名台湾研究海军军备的专家说，事故原因可能是铅制电池泄出毒气引起的。这名专家并且怀疑意外发生之後，有部分船员没有即时死亡，并能将潜艇浮出水面。另外有分析认为，事故发生的原因可能是艇内高压氧罐突然破裂，使艇内的氧平冲被迅速打破。全艇氧含量短时间内超过百分之四十就会发生氧中毒，令全体船员昏厥，氧含量百分之六十超过十分钟，人就会死亡。

　  香港军事评论员马鼎盛估计，发生意外的中国海军３６１号潜艇可能是因为失去动力，加上救援系统差，导致全船官兵死亡。马鼎盛表示，出事潜艇属常规潜艇，船龄约二十至三十年，是七十代仿照前苏联潜艇而建造。他估计，意外发生时，潜艇失去主动力，而后备动力又不能激活，令潜艇迅速下沉，又或者是船内释出有毒气体, 令船员无法自救。他又说, 现场海面只得 200米水深 , 造成重大伤亡的原因是潜艇的救援系统不完善所致。

　　俄罗斯海军情报评论发言人平可夫就中国035型" 明 "级潜水艇事故发表谈话。他认为中国船舶工业公司公布的正式资料表明，" 明 "级潜水艇乘员数目是55 人，而死亡乘员多达70人。两种可能性导致了潜水艇事故。一、某种武器实验失败，导致爆炸，有科技人员参加。二、进行军事演习，与" 库尔斯克"发生的灾难相同，有外来指挥、观摩人员或者代为培训武器操作人员。演习进行鱼雷发射试验时候发生爆炸。快速的围壳断裂完全来不及组织营救。平可夫排除了潜水艇发生致命"机械事故"的可能性。以事发地点为50-90米深的浅海言，任何导致操纵系统的机械事故凭借中国目前所拥有的潜水艇救难能力是可以在事故期间实施救援的。潜水员也可以通过鱼雷发射管、或者逃生仓至少是部分脱险。平可夫表示，事发之后中国罕见地迅速公布原因表明中国从SARS的隐瞒真像过程中吸取了教训。 SARS 事件是中国的切尔诺贝利事件，后者直接导致了戈尔巴乔夫推行的" 公开性”。全面的资讯公开革命意味着一场政治变革已经无法避免。