A investigação detalhada é a primeira etapa do processo de recuperação de áreas contaminadas. Ela é de fundamental importância para subsidiar a etapa seguinte de avaliação de riscos.

A metodologia utilizada para a etapa de investigação detalhada é semelhante à da etapa de investigação confirmatória, porém com objetivos distintos. Enquanto na etapa de investigação confirmatória o objetivo principal é confirmar a presença de contaminação na área suspeita, na etapa de investigação detalhada o foco é quantificar a contaminação. Ou seja, avaliar detalhadamente as características da fonte de contaminação e dos meios afetados, determinando-se as dimensões das áreas ou volumes afetados, os tipos de contaminantes presentes e suas concentrações. Da mesma forma, deve-se definir as características da pluma de contaminação, assim como seus limites e taxa de propagação.

A metodologia ao longo da etapa de investigação detalhada é constituída basicamente pelos seguintes passos: plano de investigação, coleta de dados na área contaminada e interpretação dos resultados.