Az adás elnémulása után nem sokkal a hatóságok megindították a mentőakciót, hajók és légi járművek egyaránt kutattak az elveszett pilóta után. A keresést – amely nem vezetett sikerre - 1978. október 25-én szüntették be.
A roncs nem került elő. Az egyedüli nyom, amit találtak, egy olajfolt volt a víz felszínén, nagyjából ott, ahonnan Valentich az utolsó rádióüzenetét küldte.
A folt vizsgálata azonban azt az eredményt hozta, hogy nem légi járműből származik.
Öt évvel később azonban a víz egy hűtőzsalut mosott a Flinders-sziget partjaira. A repülésbiztonsági szolgálat vizsgálatot kezdeményezett. Ebből kiderült, hogy az alkatrész egy Cessna 182-es repülőgéphez tartozott, szériaszáma alapján pedig nem kizárt, hogy akár Valentich gépe is lehetett. A hivatal hozzátette, hogy az ilyen típusú alkatrészek leválhatnak a kisgépekről a repülés során, viszont ilyen esetekről abban az időszakban nem érkezett bejelentés. A különös, fémes zaj szakértői elemzése sem vezetett semmire.
A 315 oldalas hivatalos vizsgálati anyagot az ausztrál kormányzat 2012-ben tette nyilvánossá.
Az egyik elképzelés szerint a férfi megrendezte az eltűnését meglehetősen teátrális körülmények között. Ezt könnyen megtehette, hiszen Cape Otwayt elérve elég üzemanyaga volt egy, a tervezettnél hosszabb útra - a King-sziget nagyjából száz kilométerre van Cape Otwaytől, a repülőgépben pedig további nyolcszáz kilométerre volt üzemanyag.
Ugyancsak gyanús tényező, hogy a tiszta idő ellenére a radarok nem érzékeltek légi járművet a térségben, ami kétségessé teszi, hogy a férfi egyáltalán járt-e Cape Otwayben.
Az átveréssel kapcsolatos elméletet erősíti, hogy a melbourne-i rendőrség egy titokzatos kisrepülőgép landolásáról kapott bejelentést Cape Otwaytől nem túl messze, pontosan abban az időpontban, amikor Valentich eltűnt. A férfi édesapja cáfolta ezt az elméletet, úgy vélte, a fia megbízható ember, aki nem találna ki képtelen történeteket.
Egy másik teória alapján a pilóta dezorientált lett, és gépével fejjel lefelé repült.
Így a másik légi jármű, amit látott, tulajdonképpen saját repülőgépének vízi tükörképe volt.
Ha ezt a magyarázatot fogadjuk el, akkor a vízbe csapódás lett a férfi sorsa. Ennek az elméletnek is vannak kritikusai, szakértők szerint ugyanis a Cessna-182 üzemanyagrendszere úgy van kiépítve, hogy nem teszi lehetővé a hosszú ideig tartó fejjel lefelé történő repülést.
Ennek ellenére egy 2000-es privát vizsgálat a tájékozódási képesség elvesztését erősítette meg, ehhez nagymértékben hozzájárultak a motor- és rádióproblémák. Mivel a Bass-szorosban uralkodó tengeráramlások igen erősek, így a könnyű kisgép roncsai messzire sodródhattak, mielőtt végleg elsüllyedt volna. A Skeptoid weboldal egy harmadik opcióval is előállt a dezorientáltság magyarázatára. Eszerint Valentich – lelkes ufórajongó lévén - a „Harmadik típusú találkozások" című film nyitójelenetét próbálta utánozni.
Erre az utalt, hogy a valóságban és a filmben lejátszódott rádióbeszélgetés több pontja bizarr hasonlóságot mutatott egymással.
Egy visszavonult vadászpilóta, James McGaha és Joe Nickell szkeptikuskönyv-szerző 2013-ban újabb teóriával állt elő, ami magyarázhatja a gép eltűnését. Ez alapján a lenyugvó nap okozta érzéki csalódás miatt a horizont a pilóta számára dőltnek látszott.
A hamis helyzetfelismerés a férfit korrigálásra késztette, amivel akaratlanul úgynevezett zuhanóspirálba küldte a gépet, ebből viszont nem tudott szabadulni.
McGaha és Nickell szerint a zuhanóspirál könnyen kelthette a pilótában a lebegés érzetét, másrészt a szűkülő spirálban a gravitációs erő akadályozta az üzemanyag áramlását, ami vélhetően a pilóta által jelzett motorhibákhoz vezetett. A szerzők a fényekre is találtak magyarázatot, szerintük Valentich a Vénuszt, a Marsot, a Merkúrt valamint az Antares csillagot nézhette az ufó lámpáinak.
A most ismertetett elméletek mellett előkerült még az öngyilkosság lehetősége is, ezt azonban mind a barátok, mind a családtagok véleménye alapján elvetették.
Ahogy az általában lenni szokott, Valentich eltűnése után azonnal megszaporodtak az ufóészlelésekről szóló beszámolók. Néhányan az égre tekintve olyan kiszámíthatatlanul mozgó zöld fényekről számoltak be, amelyek szorosan követték a pilóta gépét. Az ufológusok természetesen készpénznek vették a szemtanúk leírásait, ezek hitelességét azzal igyekeztek alátámasztani, hogy még az előtt születtek, hogy 1982-ben a hivatalos rádióbeszélgetést – amelyben szó volt a zöld lámpákról – nyilvánosságra hozták.
Az idegen látogatókkal kapcsolatos szálat kétes hitelességű fényképfelvételek is táplálták. Roy Manifold vízvezeték-szerelő a kérdéses időpontban time-lapse technikával éppen a lenyugvó napot fotózta a Cape Otway-i világítótoronynál. Amikor a képeket előhívta, érdekes felfedezést tett:
a fotókon egy azonosíthatatlan, láthatólag gyorsan mozgó objektumot látott.
Manifold elmondta, hogy a felvételek 20 perccel az előtt készültek, hogy Valentich jelentést tett volna az általa tapasztalt nehézségekről.
A képeket mind ufószakértők, mind szkeptikusok megvizsgálták. Előbbiek az objektum, valamint a felhők képkockákon tapasztalt pozíciói alapján arra a következtetésre jutottak, hogy egy nagyjából 320 kilométer per óra sebességgel haladó azonosítatlan tárgyról van szó, amelyet felhőszerű pára vesz körül. A szkeptikusok elvetették a tárgy szilárd természetére vonatkozó nézeteket, és szokatlan formájú, de egyszerű felhőnek titulálták az objektumot.
A Valentich-ügyet a mai napig Ausztrália egyik legrejtélyesebb repülőszerencsétlenségének tartják.