Ngay sau đó, Earhart và Noonan không bao giờ được nhìn thấy nữa. Đến nay sau 88 năm, vụ mất tích của nữ phi công tiên phong của Hoa Kỳ vẫn là một trong những bí ẩn không lời giải nổi tiếng nhất của thế kỷ 20. Đã có nhiều giả thuyết được đưa ra, phổ biến là 3 giả thuyết:

1. Máy bay hết nhiên liệu và rơi xuống Thái Bình Dương: Hải quân Hoa Kỳ đã tìm kiếm trong suốt 16 ngày – chiến dịch tìm kiếm trên biển lớn nhất vào thời điểm đó nhưng không tìm thấy bất kỳ dấu vết nào của chiếc máy bay hay con người. Giả thuyết này được ủng hộ bởi chặng bay đến đảo Howland là chặng dài nhất và khó nhất trong hành trình của Earhart.
2. Đáp xuống đảo Gardner (nay là đảo Nikumaroro): Earhart và Noonan được cho là đã mất phương hướng, không tìm thấy đảo Howland nên họ có thể đã hạ cánh xuống đảo Nikumaroro – một đảo san hô không người ở nằm ở phía đông nam Howland. Nhóm quốc tế chuyên thu hồi chứng tích máy bay (TIGHAR) đã đưa ra những bằng chứng gián tiếp gồm các hiện vật được tìm thấy trên đảo như một chiếc giày, một chiếc hộp, một lọ thuốc, một chai thuốc trị tàn nhang mà Earhart được cho là hay dùng. Họ có thể đã sống sót sau cú hạ cánh.
3. Bị Nhật bắt giữ: Giả thuyết này cho rằng Earhart và Noonan đã bị lực lượng Nhật bắt giữ do hạ cánh xuống một hòn đảo thuộc chủ quyền Nhật Bản. Một số cho rằng họ bị nghi là gián điệp của Hoa Kỳ và đã bị xử tử hoặc chết trong tù. Tuy nhiên, không có bằng chứng ủng hộ giả thuyết này.

Trong số 3 giả thuyết trên, giả thuyết thứ 2 đang được củng cố qua phát hiện của giáo sư khảo cổ Rick Pettigrew. Ông cho rằng thay vì máy bay rơi thì phi công đã hạ cánh thành công trên rặng san hô, máy bay còn nguyên. Trong một cuộc phỏng vấn với Wish TV, Pettigrew còn giải thích rằng: “Tôi nghĩ có khả năng Amelia đã lên kế hoạch chờ giải cứu, tiếp nhiên liệu, rồi tiếp tục bay đến Hawaii và sau đó là California để hoàn tất hành trình. Đã có những tín hiệu vô tuyến được phát đi trong khoảng 4 đến 5 ngày. Về cơ bản cô ấy đã gửi thông điệp SOS.”
Sau nhiều năm thu thập và phân tích hình ảnh vệ tinh, video từ máy bay không người lái, Pettigrew đã phát hiện ra một “điểm dị thường” bằng kim loại, phản chiếu ánh sáng và ông gọi đây là “vật thể Taraia” nằm trên bờ bắc của đảo Nikumaroro. Vật thể này giống như phần thân và đuôi của chiếc máy bay mất tích.

Pettigrew dự đoán rằng những gì còn lại của chiếc máy bay có thể đã được dòng hải lưu cuốn theo đến bờ đối diện của hòn đảo. Nếu mảnh vỡ máy bay thực sự là chiếc Lockheed của Amelia Earhart thì khả năng nó đã bị che giấu trong nhiều thập niên. Cho đến năm 2015, một cơn bão đã phát lộ xác chiếc máy bay khiến nó có thể được nhìn thấy từ không gian.

Amelia Earhart cùng chiếc Lockheed 10-E Electra trong cuộc hành trình cuối cùng.

Giáo sư Pettigrew hiện đang hợp tác với đại học Purdue để tiến hành xác minh liệu vật thể Taraia có thực sự là máy bay hay không. Nhóm nghiên cứu sẽ bắt đầu hành trình đến hòn đảo xa xôi này vào tháng 11 năm nay. Tổ chức nghiên cứu Purdue sẽ hỗ trợ tài chính cho chuyến đi và điều thú vị là vào năm 1937 khi Amelia Earhart mất tích, bà vẫn đang được trả lương bởi đại học Purdue. Nếu mọi chuyện diễn ra theo đúng kế hoạch, chiếc máy bay được xác nhận thì một hoạt động khai quật rộng hơn sẽ được tiến hành và xác chiếc máy bay sẽ được đưa trở về đại học Purdue.