Theo cảnh sát, hợp đồng thuê căn hộ của Natalia đã hết hạn từ ngày 22/6. Cho rằng cô đã chuyển đi, chủ nhà cử nhân viên vệ sinh đến dọn dẹp căn hộ. Khi bước vào bên trong, họ phát hiện vòi sen trong phòng tắm vẫn chảy liên tục.
Trong lúc kiểm tra kỹ hơn, nhóm nhân viên bàng hoàng phát hiện thi thể nữ người mẫu bị giấu bên trong một chiếc vali và lập tức trình báo cơ quan chức năng.

Các điều tra viên nhận định nghi phạm có thể đã cố tình để nước chảy nhằm gây khó khăn cho công tác khám nghiệm hiện trường. Dòng nước kéo dài có khả năng làm thay đổi tình trạng thi thể, đồng thời xóa mờ các dấu vết thương tích, khiến việc xác định nguyên nhân tử vong trở nên phức tạp hơn.
Tại hiện trường, cảnh sát thu giữ hai cuốn hộ chiếu cùng một máy tính xách tay của nạn nhân. Đáng chú ý, một trong hai hộ chiếu có dấu nhập cảnh từ Tây Ban Nha trong thời gian gần đây. Tuy nhiên, điện thoại di động của Natalia đã biến mất.
Mẹ của Natalia cho biết bà đã mất liên lạc với con gái vài ngày trước khi vụ việc được phát hiện và hoàn toàn suy sụp khi nhận tin dữ.
Quá trình điều tra sau đó xác định nghi phạm là Matthew Foster-Smith (46 tuổi), một bác sĩ mang quốc tịch Anh.
Sau khi bị bắt giữ, Matthew liên tục phủ nhận mọi liên quan đến vụ án. Người này khai rằng vào tối xảy ra vụ việc, ông ta đang theo dõi trận đấu giữa đội tuyển Anh và Croatia tại một quán rượu, sau đó đi dạo tại trung tâm thương mại trước khi trở về nhà vào khoảng 23h cùng ngày.
Matthew cũng phủ nhận việc xuất hiện trong đoạn camera giám sát tại hành lang căn hộ của Natalia và đưa ra bức ảnh đang ăn hamburger tại một quán bar nhằm chứng minh ngoại phạm.

Tuy nhiên, kết quả khám nghiệm tử thi cho thấy nạn nhân bị sát hại trong khoảng thời gian từ 11h30 đến 17h30 ngày 18/6. Dữ liệu từ camera an ninh ghi nhận Matthew đã đến căn hộ của Natalia từ ngày 17/6 và chỉ rời đi vào ngày hôm sau.
Trong khoảng thời gian này, nghi phạm còn bị camera ghi lại cảnh mang ga trải giường xuống phòng giặt của tòa nhà để làm sạch, làm dấy lên nghi vấn phi tang dấu vết sau khi gây án.
Sau khi gây án, Matthew bỏ trốn sang Ecuador và lên kế hoạch đáp chuyến bay từ sân bay quốc tế Quito sang châu Âu. Tuy nhiên, từ lịch sử liên lạc của nghi phạm, cảnh sát đã lần theo dấu vết và phối hợp với Interpol cùng lực lượng thực thi pháp luật của nhiều quốc gia để bắt giữ đối tượng trước khi kịp tẩu thoát.
Theo hồ sơ được công bố, Matthew từng có tiền án tại Anh liên quan đến hành vi bạo lực và quấy rối. Đối tượng này từng hai lần bị kết án tù vì theo dõi, quấy rối bạn gái cũ và phát tán hình ảnh nhạy cảm của nạn nhân.
Mới được trả tự do có điều kiện vào tháng 1 năm nay, Matthew tiếp tục vướng vào vụ án mạng gây chấn động tại Colombia.
Nếu bị kết tội giết người với tình tiết tăng nặng, nghi phạm có thể phải đối mặt với mức án từ 40 đến 50 năm tù theo luật pháp Colombia.