FIFA đã chính thức mở cuộc điều tra về vụ việc này. Hãng tin AFP cho biết, nếu bị kết tội, ngôi sao người Uruguay gần như chắc chắn sẽ bị cấm thi đấu ở những trận tiếp theo của đội Uruguay ở World Cup 2014. Trong thông báo của mình, FIFA cho biết: "FIFA xác nhận đã mở cuộc điều tra về sự cố Luis Suarez trong trận Uruguay gặp Ý".

Trước khi FIFA công bố kết luận điều tra, Suarez và LĐBĐ Uruguay có thể cung cấp dữ liệu cho cuộc điều tra của FIFA trước 21g (GMT) ngày 26-6. Trước đó, các cầu thủ Uruguay và quan chức đội tuyển nước này nói rằng họ không nhìn thấy sự cố Suarez cắn Chiellini. Tuy nhiên, hình ảnh chiếu chậm trên truyền hình cho thấy rõ hành động cắn của tiền đạo đội Liverpool. Theo AFP, án phạt nặng dành cho Suarez gần như chắc chắn xảy ra. 

Theo luật của FIFA, với hành động cắn đối phương, Suarez có thể sẽ bị cấm thi đấu đến 24 trận. Trong quá khứ, Suarez từng bị cấm thi đấu dài hạn vì cắn cầu thủ đối phương và vì hành động mang tính phân biệt chủng tộc nhắm vào hậu vệ da màu Patrice Evra của đội Manchester United trong một trận cầu ở Giải ngoại hạng Anh năm 2011. Chính vì vậy, nhiều nhà chuyên môn lên tiếng yêu cầu FIFA phải có án phạt nặng với Suarez. 

Pha chiếu chậm trên truyền hình cho thấy Suarez đã cắn vào vai Chiellini khi hai cầu thủ này có va chạm trong tình huống tranh chấp không bóng. Sau đó, Chiellini đã phản ứng dữ dội, thậm chí anh kéo vai áo xuống, chìa vết cắn cho trọng tài người Mexico Marco Rodriguez thấy. Sau trận đấu, Chiellini nói: "Đáng lý ra trọng tài phải phạt thẻ đỏ Suarez vì anh ta đã cắn tôi rất rõ ràng. Dấu răng vẫn còn".