המחבל שביצע את הפיגוע בחולון היה בעל היתר לחיפוש עבודה בישראל, לאור העובדה שלא היה למשטרה או לשב"כ אינדיקציות לגביו. במסגרת פעילות שגרתית נגד שוהים בלתי-חוקיים, מוסא סרסור בן 28 מאזור קלקיליה, עוכב לחקירה פעמיים על ידי שוטרים, במקרה האחרון בשבוע שעבר. הוא הועבר לתחנת המשטרה, הציג בפניהם אישור עבודה שנבדק ואומת. לאחר מכן, הוא שוחרר מאחר שהוא שוהה חוקי בישראל, אך במערכת הביטחון בודקים כעת את תהליך קבלת ההיתר המנהל האזרחי.
ביממה האחרונה נעצרו ותוחקרו קרובי משפחה וחברים של המחבל, וצפויים מעצרים נוספים. הערכה בשלב הזה שהוא פעל לבד, על רקע בעיות נפשיות, ומבדיקה ראשונית עולה כי לא הותיר אחריו מכתב או רמזים לכוונתו לבצע פיגוע. גופתו אותרה הבוקר תלויה במבנה נטוש ברחוב דיזינגוף בתל אביב, ולפי ההערכות הוא הגיע לעיר באוטובוס מחולון אחרי שרצח ברחוב את שלומית רחל עובדיה בת ה-84.
בישראל יש כיום כ-70 אלף מחפשי עבודה פלסטינים, בנוסף ל-120 אלף פועלים מיהודה ושומרון המחזיקים בהיתרי עבודה בישראל. מעסיקים נדרשים לקבל אישור עבודה כדי להעסיק פועלים, ואז אותו פלסטיני עובר בדיקה ביטחונית מעמיקה, כולל אבחון מלא של רשתות חברתיות, משפחה, וחברים על מנת לו אישור ביטחוני. לפי הערכת גורמי ביטחון, אילו הוא היה מוצא מעסיק ומבקש היתר עבודה, השב"כ היה מגלה את הבעיות הנפשיות שלו בבדיקה הביטחונית המעמיקה.
גורמים במערכת הביטחון הבהירו כי בשלוש השנים האחרונות אף אחד מהפלסטינים שקיבלו היתר לחיפוש עבודה לא ביצע פיגוע. התהליך, שנועד לאפשר תפקוד כלכלי סביר בשטחי הרשות הפלסטינית וצמצום האבטלה בה, הוגדר כמוצלח.
מפקד מרחב יפתח, תת-ניצב חיים בובליל, אמר בזירה כי מי שזיהה את הגופה היה אדם שהלך לבית כנסת ברחוב דיזנגוף. לדבריו, הוא הזעיק את המשטרה והכוחות במקום זיהו את בגדי המחבל. "הוא נבדק בעבר ונמצא כי היה שוהה באופן חוקי בארץ ושוחרר", אמר. גם המפכ"ל, קובי שבתאי, הגיע לזירה.