เหตุการณ์พระธาตุพนมล้ม เกิดจากอาการพังทลายไม่ได้ทรุดที่ฐาน หากเริ่มยอดที่เป็นน้ำหนัก ในเเนวดิ่งที่หนักมากดคอบัวฐานชั้นที่ 1 และชั้นที่ 2 ให้บิออกเป็นเเนวฉีกลึกลงไปในเจดีย์ เพราะอิฐเปียกยุ่ยจากฝนตกติดต่อกันอย่างงหนัก ต่อจากนั้นอิฐผนังที่ยุ่ยอยู่เเล้วก็ค่อยๆ ทลายลงมาเป็นแถบๆ ยอดเจดีย์กดพุ่งลงมาตามเเนวดิ่งหักลงเป็นท่อนๆ องค์พระธาตุได้ล้มฟาดลงมาทาทิศตะวันออกแตกหักออกเป็นท่อน มีลักษณะเป็น 3 ตอน คือ
ตอนที่ 2 ระหว่างเรือนธาตุชั้นที่ 2 กับฐานบัลลังก์เป็นส่วนที่ได้รับการบูรณะในภายหลังแตกออกเป็น 2 ท่อน ท่อนล่างละเอียดหมด ท่อนบนยังดีอยู่ ล้มกองไปตามทางทิศตะวันออก
ตอนที่ 3 คือส่วนยอดที่สร้างครอบยอดเดิมไว้เมื่อครั้ง พ.ศ. 2483 เป็นโครงสร้างคอนกรีตเสริมเหล็กยาวประมาณ 20 เมตร (ความสูงใหญ่ 10 เมตร ระยะของความสูงเดิมจากฐานบัลลังก์ขึ้นไป) หักล้มไปทางทิศตะวันออก ทับศาลาการเปรียญหรือโรงธรรมสภาแหลกละเอียด และหอพระแก้วราบทะลายลงไปทั้งสองหลังเฉพาะหอพระแก้วเหลือแต่เพียงมุขด้านหน้าไว้เท่านั้น ส่วนฉัตรที่ทำด้วยทองคำสวมยอดพระธาตุนั้น เอนปะทะพิงอยู่กับผนังหอพระแก้ว ความเสียหายของฉัตรบุบสลายเพียงเล็กน้อย
ความเสียหายเนื่องจากพระธาตุพนมล้ม มีดังนี้
1. กำแพงแก้วรอบองค์พระธาตุพนมชั้นที่ 1 และชั้นที่ 2
2. หอข้าวพระทรงปราสาทยอดมณฑป ซึ่งสร้างในสมัยเจ้าพระยานครหลวงพิชิตทศทิศราชธานีศรีโคตรบูรหลวง
บูรณะพระธาตุพนมเมื่อ พ.ศ. 2153
3. ศาลาการเปรียญหรือโรงธรรมสภาสร้างเมื่อ พ.ศ. 2466
4. วิหารหอพระแก้ว หรือวิหารหลวง แรกสร้างในสมัยพระเจ้าโพธิสารได้บูรณะพระธาตุพนม เมื่อราว พ.ศ. 2073
5. หอพระด้านทิศเหนือและทิศใต้
ส่วนพระอุโบสถซึ่งอยู่ด้านทิศใต้ของหอพระแก้ว รอดพ้นอันตรายไปได้อย่างหวุดหวิด
เพราะอาคารทั้งสองสร้างอยู่ใกล้ชิดกันมาก (ระยะห่างเพียง 5 เมตรเท่านั้น)
จากการศึกษาของคณะอนุกรรมการ
เพื่อรักษาสภาพเดิมขององค์พระธาตุพนม และบริษัทวิศวกรรมที่เข้ามาศึกษาหาสาเหตุภัยพิบัติครั้งนี้
ได้ตั้งสมมุติฐานไว้ดังนี้คือ
1. ฐานรากขององค์พระธาตุทรุดตัวไม่เท่ากัน ทำให้อาคารเสียการทรงตัว
2. วัสดุก่อสร้างซึ่งสร้างมานาน เป็นอิฐบางส่วนเสื่อมสภาพไม่สามารถรับน้ำหนักดีเท่าด้านอื่น
ทำให้เสียศูนย์ จึงล้มพังทลาย
3. เกิดจากแรงกดน้ำหนักภายในของวัสดุในองค์พระธาตุพนม โดยเฉพาะอย่างยิ่งคือความชื้น
จนผนังอิฐบางส่วนทนรับน้ำหนักไม่ไหว แตกร้าวล้มในที่สุด
จากการศึกษาของบริษัทวิศวกรรม
ได้ขุดศึกษาชั้นดินลงมาพบชั้นกรวดในระดับความลึก 20 เมตร ซึ่งจัดว่าเป็นชั้นรากฐานที่ดีมาก
และไม่มีการทรุดตัวของชั้นดินโดยรอบเลย ประเด็นในข้อที่ 1 จึงตกไป
ส่วนในข้อที่ 2 และ 3 นั้น มีเค้าความเจริญอยู่มาก แต่ไม่ได้เป็นสิ่งที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติในกรณีทั่วๆ ไปเป็นพฤติกรรมต่อเนื่องที่สร้างสมติดต่อกันมาไม่น้อยกว่าสามสิบปี กล่าวคือ
เมื่อมีการต่อยอดโครงสร้างคอนกรีตเสริมเหล็กซึ่งเป็นโครงสร้างขนาดใหญ่ ในปี พ.ศ. 2483-2484 นั้น
ไม่มีการเสริมความแข็งแรงฐานเรือนธาตุทั้งสองชั้นใหม่ ทั้งที่ฐานทั้งสองต้องแบกน้ำหนักเพิ่มขึ้นอีกมหาศาล ความแข็งแรงมั่นคง เท่าที่มีอยู่ได้กลับเป็นความรอบคอบของท่านราชครูหลวงโพนสะเม็กการต่อยอดครั้งนั้นได้อัดอิฐดินภายในโพรงอาคารเดิมจนทึบตันรับน้ำหนักได้เป็นอย่างดี และลำพังอิฐก่อสร้างอาคารในส่วนที่ดีอยู่นั้น (อยู่ในช่วงประมาณ พ.ศ. 1300-1400) มีความแข็งแรงเกือบเท่าคอนกรีต
ความแข็งแรงทั้งหมดนี้จึงแยกน้ำหนักของยอดอาคารองค์พระธาตุได้เป็นอย่างดียิ่ง ต่อเมื่อมีการต่อยอดเสริมขึ้นใหม่นั้นเปิดช่องระบายอากาศทุกด้าน ช่องเหล่านี้เป็นทางให้น้ำฝนสาดเข้าไปได้แต่ไม่ได้เปิดทางระบายน้ำไว้ เมื่อน้ำเข้าไปช่องเหล่านี้ก็จะไหลไปกองอยู่ที่มุมใดมุมหนึ่งที่ไม่ได้ระดับน้ำเหล่านี้ค่อย ๆ ซึมเซาะอิฐให้เสื่อมสภาพไปอย่างช้า ๆ จนฐานรากไม่สามารถรับน้ำหนักท่อนบนไหวพังทลายลงมาทั้งองค์