捜査当局が直ちに重要参考人として浮上させたのが、直前まで行動を共にしていたニコラス・セペダ被告でした。愛海さんとセペダ被告は2014年末に筑波大学で出会い交際を開始していましたが、愛海さんの渡仏前後に破局。セペダ被告は強い執着心と嫉妬心を募らせていたとされています。
事件直後のセペダ被告の行動には、極めて多くの不審点が記録されていました。レンタカーを借りてブザンソン近郊のショウの森（Forêt de Chaux）周辺を不自然に何時間も走行していたログ、事件前日にスーパーで購入していた「5リットルの可燃性液体」「ライター」「ゴミ袋」のレシート、さらには愛海さんの携帯電話を不正に操作して家族や友人に「パスポートの再発行に行く」といった偽装メッセージを送信し、捜索を遅らせようとした形跡です。
セペダ被告は事件直後にフランスを出国し母国チリへ帰国。チリ捜査当局およびフランス司法の尋問に対し、ニコラス被告は「寮で愛海さんと過ごしたが、翌朝無事な状態で別れた」「可燃性液体は予備の燃料として購入しただけ」などと無罪を一貫して主張しました。しかし、その供述は客観的なデータや科学的証拠と決定的に矛盾しており、捜査陣の疑惑を深める結果となりました。
