Les 81 personnes à bord sont mortes dans la catastrophe, et les causes de l'accident n'ont jamais été éclaircies. Rapidement écartée, la thèse de l'accident fait place à des soupçons d'attentats, d'autant plus crédibles étant donné le contexte de l'époque. Depuis 1999, l'enquête du magistrat italien Rosario Priore s'oriente vers la thèse d'un tir de missiles d'un avion de l'OTAN, qui aurait été français ou américain : celui-ci aurait abattu par erreur le DC-9 en pourchassant un MiG-23 libyen qui se serait dissimulé derrière (technique courante pour échapper à la détection radar). Cette thèse avait déjà été évoquée par la Commissione Stragi établie en 1988. Il faut cependant préciser qu'en 1981, la France ne participe pas aux opérations militaires de l'OTAN et n'est plus membre du commandement intégré depuis 1966.

L'ex-président de la République Francesco Cossiga, et Rosario Priore ont évoqué une tentative d'assassinat de Kadhafi. Deux mois auparavant, le président du Tchad, Goukouni Oueddei, avait annoncé à Tripoli la fusion de son pays avec la Libye, ce qui avait suscité une forte réprobation de la France.

Thèses

Plusieurs thèses se sont affrontées à ce sujet au cours des années. L'enquête administrative puis judiciaire a écarté tout défaut de construction de l'appareil, tandis que la possibilité qu'une bombe ait été posée dans les toilettes a été écartée. Néanmoins, en 1987, le ministre italien Giuliano Amato débloqua des fonds pour que l'institut français Ifremer (Institut français de recherche pour l'exploitation de la mer) puisse récupérer le fuselage, immergé à 3 700 mètres sous l'eau. La société décela des traces d'explosifs sur la carcasse.

Étant donné le contexte de l'époque (années de plomb et la stratégie de la tension), la possibilité d'un attentat est souvent été évoquée, à tel point que la Commissione Stragi (it) établie en 1988 et chargée d'enquêter sur les attentats commis en Italie s'était auto-saisie du dossier. Dirigée par le sénateur communiste Giovanni Pellegrino, celle-ci qualifie l'accident d'« attentat d'Ustica » (strage di Ustica) et conclut dans son rapport :

«  L'incident du DC-9 eut lieu suite à une action d'interception militaire, le DC-9 fut abattu, la vie de 81 citoyens innocents détruite par une action qui a été de fait une action de guerre, une guerre réelle non-déclarée, une opération de police internationale secrète contre notre pays, dans laquelle ses frontières et ses droits ont été violés. »

N'ayant cependant pas réussi à identifier les responsables, elle archive le dossier.

L'enquête du magistrat R. Priore : un tir de l'OTAN ?

Selon une enquête du magistrat italien Rosario Priore, l'avion aurait été la cible d'un missile tiré par erreur lors d'un combat aérien entre des avions de l'OTAN pourchassant des MiG libyens. Deux MIG se sont en effet envolés ce jour-ci de Yougoslavie pour retourner en Libye, et la carcasse d'un MiG-23 est découverte vingt jours plus tard dans les montagnes de Sila (à Castelsilano, en Calabre). Annoncée dès 1999 par Priore, cette thèse continue à être à l'ordre du jour.

Pourtant, selon le journaliste et spécialiste aéronautique Tom Cooper et ses correspondants français se basant sur les témoignages de militaires libyens et les rapports de la commission d'enquête italo-libyenne de ce qui est appelé l'incident aérien de Castelsilano, le MiG-23MS, sans armement, bidons de carburant, matériel de reconnaissance ou de guerre électronique s'est écrasé accidentellement deux jours avant le drame selon le témoignage de l'ailier de la patrouille qui venait de la base aérienne de Benina en Libye. Le pilote, le lieutenant Ezedin Koal, de l'armée de l'air syrienne affecté à l'époque dans l'armée de l'air libyenne a souffert d'hypoxie. Il a obtenu un masque respiratoire flambant neuf avant son décollage qui s'est révélé trop grand. L'ailier a vu le pilote « sa tête tombée vers l'avant » au nord de Benghazi. L'avion était en mode semi-pilote automatique et a poursuivi son voyage en direction du nord jusqu'à ce qu'il manque de carburant et s'écrase en Italie.

Les rapports des radars à l'époque, déclassifiés par l'OTAN en 1997, indiquent qu'il y avait dans la zone de vol une intense activité militaire, avec la présence d'aéronefs libyens, italiens, français et américains, ainsi que d'un porte-avions britannique. Pas moins de six chasseurs ont été recensés dans la zone, bien que Paris ait toujours nié la présence de l'un de ses aéronefs militaires. En 1999, Priore évoque même la possibilité que le tir ait été une tentative d'assassinat du président libyen Kadhafi qui aurait été le passager du MiG.

Priore affirme que douze décès suspects (suicides par pendaison, accidents de voiture, assassinat, etc.) sont recensés autour de l'affaire, concernant des contrôleurs aériens et des pilotes. Le premier, concernant le colonel Pierangelo Teoldi, a lieu le 3 août 1980 (accident de voiture) ; le dernier, concernant le contrôleur aérien Franco Parisi, a lieu le 21 décembre 1995 (suicide par pendaison, ce qui avait déjà été la cause de décès officielle du contrôleur aérien Mario Alberto Dettori le 31 mars 1987).

Les services secrets italiens (SISMI et « super-SISMI », un service secret clandestin à l'intérieur de celui-là dirigé par Francesco Pazienza, etc.) ont été à nombreuses reprises accusés de couvrir l'affaire. Selon Priore, ils ont agi ainsi pour obéir à des directives de l'OTAN. Quatre généraux italiens et cinq autres personnes sont ainsi inculpées pour obstruction à l'enquête, mais l'inculpation fut soit abandonnée, soit rejetée par un acquittement, en raison de la durée de l'enquête, dépassant le délai de prescription, et de preuves insuffisantes. Les généraux Corrado Melillo et Zeno Tascio sont acquittés le 30 avril 2004 ; les généraux Lamberto Bartolucci et Franco Ferri, condamnés pour haute trahison, ont fait appel et sont acquittés par la Cour de Cassation le 10 janvier 2007.

En janvier 2009, Francesco Pazienza, interviewé par La Repubblica après avoir purgé treize ans de prison pour obstruction à la justice et association de malfaiteurs dans le cadre d'autres affaires, déclare que le DC-9 avait été abattu par la Libye sans apporter des preuves ou indices qui pourrait appuyer cette accusation.

Les services secrets français sont également soupçonnés. Selon des documents du SISMI révélés par La Repubblica, l'IFREMER serait impliqué dans ces soupçons.

En 2008, une enquête internationale dirigée par Frank Taylor, expert de l'AAIB déjà chargé de l'enquête sur l'attentat de Lockerbie, aurait permis d'établir que la perte du vol 870 Itavia résultait de l'explosion d'une bombe placée dans les toilettes de l'appareil. L'épisode Massacre au-dessus de la Méditerranée de la série Air Crash relate cette thèse très favorable à la version de la France, récusée par l'ancien grand reporter au Corriere della Sera Andrea Purgatori. La justice italienne a toutefois préféré ignorer le rapport d'expertise officiel, qui ne fut nullement publié.

Relance de l'enquête

L'enquête italienne est relancée après que l'ancien président de la République italien Francesco Cossiga, chef du gouvernement au moment de la tragédie, affirme en février 2007 qu'un chasseur de l'armée française se serait dissimulé derrière le DC-9 pour poursuivre le MIG, et avait abattu celui-là par erreur. Selon Cossiga, qui indiquait que lui et le ministre Amato avaient été informés de ceci par des agents des renseignements italiens, il se serait agi d'une tentative d'assassinat de Mouammar Kadhafi. Paris nie avec constance avoir été impliqué dans l'affaire. Pour le président italien Giorgio Napolitano, « les procès n'ont pas fait toute la lumière sur Ustica » et il appelle de ses vœux en 2014 « un effort supplémentaire pour reconstituer les faits de manière exhaustive et dissiper les ombres. »

En avril 2014, le président du Conseil Matteo Renzi ordonne la déclassification de nombreuses archives, geste qu'il motive par « un devoir de mémoire envers les citoyens et les proches des victimes ».

En 2013, deux jugements en responsabilité civile de la Cour de cassation italienne ont attribué l’explosion à un missile air-air, sans identifier la nationalité de l’avion de chasse qui l’aurait lancé. L’État italien est condamné à verser 100 millions d’euros d’indemnités aux familles des victimes pour ne pas avoir correctement défendu son espace aérien. Selon les magistrats, le missile était très probablement destiné au dirigeant libyen Mouammar Kadhafi, et ses « empreintes » impliqueraient la France. Fin juin 2014, la justice italienne adresse une quatorzième salve de commissions rogatoires à propos du crash, concernant les vols possibles d'avions français partis de la base de Solenzara en Corse ou du porte-avions Foch. Le Quai d'Orsay affirme qu'il continuera à collaborer pleinement avec la justice italienne.