Setelah dinyatakan hilang, operasi pencarian dan penyelamatan untuk MH370 dimulai. Operasi ini melibatkan lebih dari 60 kapal dan 50 pesawat dari 26 negara, serta ratusan personel militer, sipil, dan sukarelawan.
Operasi pencarian ini terbagi menjadi dua fase, yaitu pencarian permukaan dan pencarian bawah laut.
Pencarian permukaan dilakukan di wilayah udara dan laut yang luas, mencakup Laut Cina Selatan, Selat Malaka, Laut Andaman, Samudra Hindia, dan Teluk Benggala. Pencarian ini menggunakan radar, kamera, binokular, dan mata manusia untuk mencari tanda-tanda pesawat atau puing-puing.
Pencarian bawah laut dilakukan di dasar laut Samudra Hindia, di sekitar area yang diperkirakan menjadi lokasi jatuhnya pesawat. Pencarian ini menggunakan sonar, robot bawah air, dan perekam data penerbangan (black box) untuk mencari bangkai pesawat atau kotak hitam.
Pencarian permukaan berlangsung dari 8 Maret hingga 28 April 2014, dan mencakup area seluas 4,6 juta km2. Pencarian ini tidak berhasil menemukan apa pun yang berkaitan dengan MH370.
Pencarian bawah laut dimulai pada 6 Oktober 2014, dan berlangsung hingga 17 Januari 2017. Pencarian ini mencakup area seluas 120.000 km2, yang ditentukan berdasarkan analisis data satelit Inmarsat. Pencarian ini juga tidak berhasil menemukan bangkai pesawat atau kotak hitam.
Pada 17 Januari 2017, pemerintah Malaysia, Australia, dan Tiongkok mengumumkan bahwa operasi pencarian MH370 telah dihentikan, dengan alasan tidak ada bukti baru yang dapat menunjukkan lokasi pesawat.
Pada 22 Januari 2018, sebuah perusahaan swasta asal AS, Ocean Infinity, mengumumkan bahwa mereka telah menandatangani kontrak dengan pemerintah Malaysia untuk melanjutkan pencarian MH370.
Perusahaan ini menggunakan kapal bernama Seabed Constructor, yang dilengkapi dengan delapan drone bawah air canggih, untuk memindai dasar laut dengan lebih cepat dan akurat.
Ocean Infinity menawarkan untuk melakukan pencarian tanpa biaya, kecuali jika mereka berhasil menemukan pesawat. Pemerintah Malaysia setuju untuk membayar hingga US$ 70 juta jika perusahaan ini berhasil menemukan bangkai pesawat, kotak hitam, atau puing-puing besar.
Pencarian oleh Ocean Infinity berlangsung dari 22 Januari hingga 29 Mei 2018, dan mencakup area seluas 112.000 km2. Pencarian ini juga tidak berhasil menemukan apa pun yang berkaitan dengan MH370.