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調查報告表示，SQ321班機當天一切正常，直到新加坡時間下午3時49分21秒，班機飛越緬甸南部上空，遭遇對流活動影響，G力在正0.44G和正1.57G之間波動約19秒，同時，可能因受到上升氣流影響，飛機高度在自動駕駛模式下出現「非指令性」上升，達到3萬7362英尺的高度且在加速。
機師發現後，透過拉長減速板來應對，同時在新加坡時間下午3時49分32秒時，駕駛艙語音記錄器顯示機師提到安全帶指示燈已經亮起。
接著在新加坡時間下午3時49分40秒時，G力在0.6秒內從正1.35G降至負1.5G，這讓沒有繫安全帶的乘客遭到拋飛，而1秒之後，G力再度反轉，在4秒內從負1.5G變成正1.5G，這讓本來被甩到機艙天花板的乘客重摔回地面，G力翻轉的同時，飛機高度也急墜了178英尺。
在這過程中，機師脫離了自動駕駛，啟動手動駕駛試圖穩住機身，手動駕駛21秒後，班機才重新回到自動駕駛，此時G力波動漸漸回復正常，飛機高度也返回3萬7000英尺。
在接獲機組人員通知有多人受傷後，機師決定臨時改道前往泰國曼谷素萬那普機場降落，並提前通知機場塔台需要醫療服務。而在改道飛往素萬那普的途中，未再遭遇亂流。
調查委員會表示，後續調查仍在進行中，但是重力短瞬間內急遽變化，導致沒有繫安全帶的乘客先是遭到拋飛然後又重摔回地，應是造成受傷的主要原因。
新加坡航空公司發表聲明表示，將會全力協助當局進行後續調查，並接受初步調查的結果，會持續致力於替當天班機上的乘客和機組人員及其家屬提供支援，包括支付他們的醫療費用，以及其他任何援助。