Poszukiwania szczątków thumb|left|upright=1.3|Trasa lotu Air France 447; biała kropka oznacza miejsce wypadku W pierwszej kolejności poszukiwania skupiały się głównie na odnalezieniu dwóch rejestratorów lotu (tzw. czarnych skrzynek), których nadajniki wysyłają sygnał dotyczący ich położenia przez co najmniej trzydzieści dni. Poszukiwania znacznie utrudniała niesprzyjająca, burzowa pogoda. W rejonie poszukiwań głębokość Atlantyku osiąga miejscami siedem kilometrów.
Wczesnym rankiem 2 czerwca 2009 roku brazylijskie samoloty wojskowe wykryły obiekty wyglądające jak dwa skupiska szczątków samolotu w wodach Atlantyku, dryfujące w odległości około 60 km od siebie. Ogłoszono, że odnaleziono metalowe elementy kadłuba, fotel lotniczy oraz unoszącą się na wodzie na długości pięciu kilometrów plamę paliwa. Na szczątki te natrafiono w odległości około 650 km na północny wschód od archipelagu Fernando de Noronha. Jest to obszar leżący blisko miejsca, gdzie po raz ostatni nawiązano kontakt z maszyną. Wieczorem tego samego dnia czasu uniwersalnego, minister obrony narodowej Brazylii Nelson Jobim oświadczył, że odnalezione szczątki to bez wątpienia wrak poszukiwanego samolotu, zaznaczając, że nie odnaleziono na miejscu żadnych śladów życia, co może oznaczać, że nikt nie przeżył wypadku.