Nemmouche je bil aretiran na avtobusni postaji v Marseillu šest dni po napadu, v katerem so bili ubiti štirje ljudje, in sicer izraelski par, Francozinja in Belgijec. Ob aretaciji je imel pri sebi dva kosa orožja, podobna tistemu, ki je bilo uporabljeno v napadu.

Francosko tožilstvo je po njegovi aretaciji sporočilo, da je Nemmouche nekaj več kot leto dni preživel v Siriji, kje se je bojeval na strani islamskih borcev. V to bližnjevzhodno državo je odšel konec leta 2012, potem ko je skoraj pet let preživel v zaporu zaradi ropa. V zaporu je tudi prišel pod vpliv radikalnih islamistov. Sam je vpletenost v streljanje zanikal.

Belgijsko tožilstvo je sporočilo, da je bila kalašnikovka, ki jo je imel pri sebi osumljenec, zavita v zastavo z oznakami džihadistične skupine Islamske države Iraka in Levanta. Po navedbah tožilstva je imel ob aretaciji pri sebi večjo količino streliva večjega kalibra.