Pociąg wykoleił się na łuku toru, trzy kilometry przed stacją Santiago de Compostela. Tuż przed odcinkiem, na którym obowiązuje ograniczenie prędkości do 80 km/h, skład poruszał się z prędkością 192 km/h. 4 sekundy i 250 m przed wypadkiem zostały włączone hamulce, które obniżyły prędkość do 153 km/h. Przy tej prędkości jako pierwsze wypadły z szyn człony zawierające napęd spalinowy – drugi i przedostatni w składzie pociągu, pociągając za sobą resztę składu – lekkich wagonów o zmiennym rozstawie kół produkcji Talgo. Wykolejone wagony uderzyły w mur oporowy wykopu, a po wypadku część z nich stanęła w płomieniach. W momencie wypadku maszynista prowadził służbową rozmowę przez telefon, podczas której otrzymał trzy sygnały ostrzegawcze.
Wstępnie jako główną przyczynę wypadku określono nadmierną prędkość. Jako okoliczności, które mogły się przyczynić do zdarzenia, wymieniono także to, że miejsce wypadku było na styku dwóch różnych systemów zabezpieczenia ruchu kolejowego – ogólnoeuropejskiego ETCS i hiszpańskiego ASFA.