Az észak-franciaországi Roubaix-ben lakó, 29 éves, francia állampolgárságú férfinál, Mehdi Nemmouche-nál találtak egy Kalasnyikov gépfegyvert és egy revolvert. Éppen két ilyen fegyvert használt a tettes a brüsszeli támadásban, amelyben meghalt egy izraeli házaspár, valamint a múzeum egy belga férfi alkalmazottja és egy önkéntes dolgozója, egy francia nő.
Az elfogott Nemmouche a gyanú szerint 2013-ban járt Szíriában dzsihádista felkelőknél, ami miatt szerepel a francia belbiztonsági szolgálat (DGSI) nyilvántartásában – közölte egy meg nem nevezett forrás. Akkor vették őrizetbe, amikor autóbuszon megérkezett Amszterdamból Marseille-be. Csomagjában találtak egy Kalasnyikovot és egy pisztolyt lőszerekkel. Ezenkívül volt nála egy GoPro típusú kiskamera, és egy olyan sapka, amely hasonló a tettes által viselthez a múzeum környéki biztonsági kamerák felvételei alapján.
Szemtanúk beszámolói szerint május 24-én, szombaton délután négy óra előtt pár perccel egy Audi állt meg a brüsszeli zsidó múzeum bejáratának közelében, a parkoló autók mellett, majd az utas és a vezető is kiszállt. Ez utóbbi két táskát tett a földre, majd tüzelni kezdett a járókelőkre. Ezt követően visszaült az autóba és elhajtott. Egy jelentés szerint utasa kerékpáron távozott a helyszínről.