Vụ ám sát diễn ra trong khoảng thời gian 3 phút hôm 27/11. Theo truyền thông nhà nước Iran, giới chức nước này tin rằng vụ việc không phải do kẻ tấn công phục kích bên đường, mà có thể được điều khiển từ xa hàng trăm, thậm chí hàng nghìn kilomet, giống như là hành động tấn công công nghệ cao có tổ chức nhằm vào cơ quan an ninh đầu não của Iran. 

Iran lâu nay luôn nhận thức được mối nguy hiểm nhằm vào các nhà khoa học hàng đầu của nước này. Trước đó, đã có 5 đồng nghiệp của ông Mohsen Fakhrizade bị sát hại kể từ năm 2010, trong đó chỉ có duy nhất một trường hợp sống sót. Đó là lý do ông Fakhrizade – người được tình báo Israel và phương Tây coi là “cha đẻ” chương trình hạt nhân của Iran - được bảo vệ tối đa, luôn có vệ sĩ đi kèm.

Mức độ bảo vệ nghiêm ngặt dành cho nhà khoa học hạt nhân hàng đầu của Iran không có gì khác biệt trong ngày 27/11. Theo hãng tin bán chính thức Fars News của Iran, có 3 xe hộ tống ô tô của ông Mohsen Fakhrizade tại thời điểm xảy ra ám sát. Khi xe dẫn đầu tách đoàn, tiến về phía trước để kiểm tra an ninh một ngôi nhà nhằm loại trừ nguy cơ, lập tức nhiều loạt đạn vang lên. Ông Fakhrizadeh dừng xe, nghĩ rằng ô tô chống đạn vừa va phải vật cản trên đường hay hỏng động cơ. 

Khi vừa bước ra khỏi xe để kiểm tra, nhiều loạt đạn khác nhằm đúng vào ông Mohsen Fakhrizade. Một viên đạn găm vào lưng, một viên khác trúng vào tủy sống, ông ngã xuống đường, mất máu nhiều. Một lát sau, một chiếc xe bán tải hiệu Nissan đậu cách đó 150m phát nổ. 

Kẻ tấn công không cần phải tẩu thoát, bởi giới chức Iran cho rằng toàn bộ chiến dịch này đã được điều khiển từ xa, với một súng máy tự động có điều khiển. “Không có một bóng thủ phạm nào hiện diện tại hiện trường và vụ xả súng đã được thực hiện bằng loại vũ khí điều khiển tự động”, Far News công bố thông tin ngày 29/11.

Nhiều khả năng vũ khí điều khiển này đã được gắn trên chiếc xe bán tải Nissan đậu bên đường. Cơ quan điều tra Iran đã xác định được danh tính chủ xe ô tô Nissan, nhưng người này đã rời khỏi Iran từ ngày 29/11. Ông Fakhrizadeh nhanh chóng được đưa tới bệnh viện gần đó, sau đó được máy bay chuyển tới bệnh viện ở thủ đô Tehran, nhưng không qua khỏi. 

Chưa rõ ai là người đứng sau âm mưu sát hại nhà khoa học hạt nhân Mohsen Fakhrizade, nhưng giới chức Iran tin rằng có sự can dự của Israel. Tờ Thời báo New York của Mỹ dẫn nguồn tin tình báo ẩn danh cho biết ông Fakhrizade từ lâu đã nằm trong danh sách cần ám sát của Mossad - cơ quan tình báo của Israel.