Na etapa de investigação ambiental detalhada são compilados os dados obtidos a partir das etapas de gerenciamento pretéritas (Avaliação Ambiental Preliminar e Investigação Ambiental Confirmatória) e adicionadas novas informações obtidas a partir das atividades executadas para detalhamento da contaminação.

Através de estudos realizados nesta etapa são definidas as características das plumas de contaminações em fase dissolvida, presentes na água subterrânea, e de contaminação retida/adsorvida no solo, assim como suas extensões (horizontal/vertical) e taxas de propagação. Após esta análise é elaborado um relatório técnico apontando as ações que deverão ser tomadas para a recuperação da área.