Het ging om een mix van pijnstillers, slaap- en kalmeringsmiddelen: fentanyl, oxycodon, temazepam, alprazolam, citalopram, acetyl fentanyl, en despropionyl fentanyl.
Volgens de weduwe (Dana) en dochter (Adria) van Petty brak de zanger op de dag van zijn dood een heup en leed hij hierdoor ondraaglijke pijn. Hij leed al langere tijd aan knieklachten en slikte daarvoor ook pijnstillers. In een bericht op Facebook zeggen de twee dat Petty ''door die pijn mogelijk een fatale dosis medicijnen heeft ingenomen.''
Petty kreeg volgens manager Tony Dimitriades een hartinfarct in zijn huis in Malibu op 2 oktober vorig jaar. Hij werd overgebracht naar het ziekenhuis, maar daar kon niets meer voor hem gedaan worden.
Petty werd bekend met zijn band Tom Petty and the Heartbreakers. Hij was in de jaren tachtig ook bandlid van de supergroep The Traveling Wilburys, samen met Bob Dylan, George Harrison, Roy Orbison en Jeff Lynne. Als solo-artiest had Petty hits met Free Fallin' , I Won't Back Down en Learning to Fly.