De acordo com o relatório final, durante o voo de cruzeiro no FL350 (35.000 pés), já cruzando o Oceano Atlântico, a tripulação do Air France 447 voou através de uma formação pesada, o que provocou o acúmulo de cristais de gelo nos tubos de pitot.
Às 2h09min46s é possível ouvir pelo microfone instalado na cabine o som típico de cristais de gelo chocando-se contra o para-brisa da aeronave. Menos de 30 segundos depois, o piloto automático desconecta-se sozinho. Apesar dos diversos alertas de estol, incluindo um que durou continuadamente 54 segundos, nenhum dos pilotos confirmou ciência do alarme ou a presença de buffet de estol.
A partir desse ponto, aponta o relatório, os pilotos tiveram dificuldade de identificar, interpretar e reagir de acordo com a necessidade da situação. A perda das informações de velocidade associada à presença de turbulência e à falta completa de referência visual externa pegou a tripulação do AF447 completamente de surpresa. As complexidades aparentes de se voar manualmente em tal situação, combinadas às características únicas de manobralidade de uma aeronave em elevada altitude, foram fatores adicionais de dificuldade que a tripulação teve de encarar, levando a aeronave a atitudes não condizentes com o voo, desestabilizando-a e provocando o estol seguido de queda.