Как только трибунал получал донос, начиналось тайное следствие, сопровождавшееся обычно созывом свидетелей, которым, однако, не ставился прямо вопрос: что знают они о вине данного лица? Вместо этого инквизиторы обычно заставляли свидетелей говорить об известных им вообще еретиках, что приводило нередко к доносам на новых людей, а иногда свидетель превращался в обвиняемого, так как изобличался в недонесении. Альгвасил являлся в дом находящегося под подозрением в сопровождении одного или двух служителей трибунала; если подлежащий аресту находился в другом инквизиционном округе, то один трибунал списывался с другим, и еретика отправляли — разумеется, за его счет, — в округ того трибунала, который взял на себя инициативу преследования. Если обвиняемый бежал, то в погоню за ним посылалась стража. Иногда для ареста видного лица прибегали к хитрости. Так, в 1561 году священник Доминго де Бальтанас был приглашен приором сопровождать его в севильский трибунал; как только они переступили порог здания инквизиции, Бальтанас был арестован и заключен в тюрьму. Если обвиняемый умирал во время следствия, то процесс не прекращался, и в защиту памяти его, если налицо не было никаких родственников, выступал особый куратор.
Допрос начинался присягой, что виновный будет говорить одну лишь правду; затем устанавливалась личность обвиняемого, причем особенно подробно рассматривалась его генеалогия, есть и были ли у него в роду еретики или представители нечистой крови, то есть мавры и евреи; так как исследование генеалогии по восходящей линии производилось до очень далеких ступеней, то обвиняемые часто сами не знали, не течет ли в их жилах нечистая кровь, и нередко по неведению нарушали присягу. Затем инквизиторы подробно расспрашивали обвиняемого о его жизни и знакомствах, что иногда давало в руки инквизиции обильную добычу. Собственно допрос после этих формальностей, имевших, однако, большое значение, начинался вопросом: знает или догадывается ли обвиняемый, за что он предстал перед трибуналом?
Для огромного большинства обвиняемых этот вопрос был камнем преткновения: боясь выдать себя, люди сбивались, и чем больше они запутывались, тем искуснее действовали опытные судьи, то изобличая обвиняемого во лжи, то вызывая его на откровенность и на вовлечение в дело все новых и новых соучастников.
За первым допросом следовали еще два. Обвинительный акт составлялся прокурором; он состоял из большого введения, где обычно говорилось о ереси вообще, а затем перечислялись пункты, служившие обвинением против данного преступника.
В камеру подсудимому посылали копию обвинения и предоставляли ему право избрать защитника, с которым, однако, он мог совещаться лишь в присутствии ведущего следствие инквизитора; в круг обязанностей адвоката входило добиваться от обвиняемого признания, и поэтому многие отказывались от защитников.
Имена свидетелей не только скрывались, но делалось так, чтобы обвиняемый не мог угадать, кто дал показания против него. С этой целью обвиняемому не сообщалось ни времени, когда свидетель узнал о преступлении, ни места, где он видел или слышал о еретике; мало того, часто свидетельские показания умышленно искажались. Показания в пользу обвиняемого ему не сообщались, так как они могли отвратить его от признания вины. Обвиняемый мог указать трибуналу, к каким новым свидетелям следует обратиться, чтобы узнать о его невинности; обычно трибунал охотно исполнял такие пожелания и собирал новые показания, которые, однако, не читались обвиняемому.
Если виновность обвиняемого не могла быть доказана или невиновность не была очевидна, то прибегали к пытке — при условии, что за пытку высказывалось большинство трибунала. Наиболее частыми формами пытки были: связывание веревками, пытка водой, поднимание кверху и быстрое опускание вниз. Ни возраст, ни пол не могли освободить приговоренного от пытки, но иногда от нее освобождали по болезни. Беременность не считалась достаточным поводом для избежания пытки, хотя по отношению к беременным пытка иногда откладывалась. В камере пыток обвиняемому напоминали о необходимости говорить правду как до начала пытки, так и перед каждым ее усилением. Обычно пытка продолжалась час или полтора, а признание влекло ее прекращение. Нотариус записывал каждое слово пытаемого. На следующий день обвиняемый должен был подписаться под тем, что нотариус занес в протокол; отказ от данных накануне показаний влек за собой продолжение пытки. Нередко обвиняемые во время пытки умирали.