Theo đó, Bộ Tài nguyên & Môi trường Trần Hồng Hà giao Tổng cục Môi trường khẩn trương phối hợp với UBND tỉnh Thanh Hóa xác định nguyên nhân cá chết; mời các chuyên gia, nhà khoa học phối hợp tham gia lấy mẫu và phân tích mẫu nước biển; Kiểm tra thông tin về việc phát hiện tàu chở bùn thải trong dự án nạo vét ven bờ khu vực cảng Nghi Sơn đổ ra biển; Phân tích mẫu bùn thải và làm rõ nguyên nhân có liên quan, báo cáo về Bộ trước ngày 20/9/2016.
Trước đó, sau khi nhận được thông tin từ tỉnh Thanh Hóa, ngày 13/9, Trung tâm quan trắc môi trường, Bộ TN&MT cùng Sở TN&MT Thanh Hóa đã vào Nghi Sơn để lấy mẫu nước ở tầng mặt, tầng giữa và tầng đáy tại các khu vực quanh ống ngầm dưới biển của Nhà máy lọc hóa dầu Nghi Sơn để làm rõ nguyên nhân cá nuôi và cá tự nhiên chết.
Cũng trong ngày 13/9, đoàn công tác của Viện nghiên cứu hải sản đã về xã đảo Nghi Sơn, xã Tĩnh Hải và Hải Yến (thuộc huyện Tĩnh Gia) để truy tìm nguyên nhân gây ra hiện tượng cá biển tự nhiên và cá nuôi lồng bè chết hàng loạt.
