这是关于裹尸布最深的未解之谜。任何解释，无论是自然的还是超自然的，都必须说明一系列非常奇特的特性。下面先列出这些特性，然后是每一种主要假说及其问题。
这些是直接研究过这块布的科学团队所报告的特性。其中一些在细节上有争议。正是这些特性合在一起，使得没有人能在各方面复制出这幅图像。
用滑块从整块布一直放大到一根纤维。正是这一特性，让大多数解释都站不住脚。
4.4米
正面和背面图像，头对着头。站在几步之外，几乎看不出这个人。图像就是这么淡。
近看，面部没有轮廓线，没有笔触，也看不出光线方向。明暗是颠倒的，就像一张照相底片。
每根线约四分之一毫米粗，按三上一下的方式织成。在有图像的地方，只有朝向身体的那些线的顶部被着色。下面的线仍然是白色的。
一根线由大约100到200根亚麻纤维组成。在图像区域，只有最上面的两三根纤维被着色。图像较深的地方，纤维的颜色并不更深，而是被着色的纤维更多。
在一根纤维里，颜色只限于最外面的一层，厚约十亿分之二百米，相当于纤维初生细胞壁的厚度。纤维内部完好无损。正是这一特性，让这幅图像如此难以复制。
这里把六种主要观点与上述特性逐一对照，再加上一个问题：有没有人用这种方法做出过完整的图像？
| 假说 | 仅0.2微米厚 | 无颜料 | 负片 | 3D | 先有血迹 | 无紫外荧光 | 不只是接触 | 半色调 | 实验室做出完整图像 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 绘画 | 不能解释 | 不能解释 | 部分能解释，或有争议 | 不能解释 | 部分能解释，或有争议 | 能解释 | 能解释 | 不能解释 | 能解释 |
| 加热雕像造成的烧痕 | 部分能解释，或有争议 | 能解释 | 能解释 | 部分能解释，或有争议 | 不能解释 | 不能解释 | 不能解释 | 部分能解释，或有争议 | 能解释 |
| 在浮雕上摩擦 | 部分能解释，或有争议 | 部分能解释，或有争议 | 能解释 | 部分能解释，或有争议 | 部分能解释，或有争议 | 部分能解释，或有争议 | 部分能解释，或有争议 | 部分能解释，或有争议 | 能解释 |
| 早期摄影 | 部分能解释，或有争议 | 不能解释 | 能解释 | 不能解释 | 未经检验 | 能解释 | 能解释 | 不能解释 | 部分能解释，或有争议 |
| 与尸体气体的反应 | 能解释 | 能解释 | 能解释 | 部分能解释，或有争议 | 能解释 | 能解释 | 部分能解释，或有争议 | 部分能解释，或有争议 | 不能解释 |
| 一次辐射爆发 | 部分能解释，或有争议 | 能解释 | 能解释 | 未经检验 | 能解释 | 未经检验 | 能解释 | 未经检验 | 不能解释 |
大致从最自然的排到最不自然的。每一种都按它与上述特性吻合的程度评级。
显微镜学家Walter McCrone报告说，在图像纤维和血迹纤维上发现了红赭石（氧化铁），在血迹纤维上发现了朱砂。他在1980年得出结论：一位中世纪画家在1355年前后，用一种非常稀的颜料加明胶黏合剂画出了这幅图像。
STURP团队直接在布上使用X射线荧光、光谱学和化学方法，没有发现构成图像的颜料，也没有发现黏合剂，结论是它不是一幅画。颜料会渗入线与线之间，而图像没有。布上存在许多种物质的颗粒，很可能来自画家们几百年来按惯例把自己画的摹本压在原物上。
Schwalbe和Rogers 1982, Analytica Chimica Acta · STURP最终总结，1981年
把一尊金属雕像或浮雕加热，再用布盖上，会留下一种褐色的、明暗颠倒的烧痕，并带有一些深度信息。
烧痕在紫外光下会发出红色荧光。1532年火灾留下的真正烧痕会发荧光，身体图像则不会。而且，一个灼热的物体会烧透布，也无法让没有接触到的区域着色。
调查者Joe Nickell在1980年前后，把湿亚麻布贴合在浅浮雕上，再轻拍上粉末，做出了一幅面部图像。2009年，化学家Luigi Garlaschelli把亚麻布铺在一位志愿者和一块浅浮雕上，擦上酸性颜料，然后烘烤并洗涤，做出了一幅真人大小的图像。这些结果是负片，并带有一些3D信息。2025年，Cicero Moraes根据3D模拟提出，这幅图像更符合浅浮雕，而不是完整的人体。
支持方回应说，这些复制品能被肉眼看清，而裹尸布不能；它们的颜色渗入纤维内部，而不是只停留在最外层的0.2微米；它们会留下物质残留；它们也不能解释为什么先有血迹。摩擦说的支持者回应说，几百年的老化和洗涤可能会缩小一部分差距。
Garlaschelli 2010, Journal of Imaging Science and Technology · 维基百科：Shroud of Turin，图像分析
艺术史学家Nicholas Allen在1990年代提出，一个中世纪作坊使用带石英透镜的暗箱和用银盐处理过的亚麻布，为一具尸体或一尊雕像“拍了照”。
此后450年的历史中都没有关于这种技术的记载，没有人报告过图像中有银，而且一张照片也不会像裹尸布那样记录布和身体之间的距离。
STURP成员、化学家Raymond Rogers提出了美拉德反应：尸体释放的气体与古代织造方法在亚麻布上留下的一层薄薄的淀粉和糖类残留物发生反应，只在表面产生淡淡的黄色。
这可以解释图像的表层性和没有颜料的现象。但它难以解释图像的清晰度和干净的距离编码，因为气体会向四面八方扩散；而且它要求身体在腐败污渍形成之前离开这块布。没有人用这种方法做出过完整的图像。
几位物理学家认为，图像是由身体发出的一次短暂而强烈的能量爆发造成的。ENEA的科学家用紫外激光脉冲给亚麻布上色，效果接近裹尸布。Giulio Fanti提出了电晕放电。John Jackson提出，布在身体变得在力学上“透明”时穿过身体塌落下来，在落下的过程中记录下了图像。
人体没有任何已知的自然来源能发出这样的辐射。所需能量的估算值极其巨大。激光实验只给小块样本上了色，而不是做出一幅图像。怀疑者指出，一个需要神迹的假说，无法像自然假说那样接受检验。支持者回应说，这正是它仍然被摆在桌面上的原因。
Di Lazzaro等人 2012, Applied Optics · Di Lazzaro等人 2010，ENEA研讨会 · Jackson 1990, Shroud Spectrum International
上面的动画展示的是许多人认为最有说服力的假说：身体发出一次光的爆发，光沿着垂直方向向上和向下传播，只让纤维表面着色，随后布穿过身体落下。我们制作它，是为了帮助你想象这个想法。它是一种假说的图示，既不是对某个事件的重建，也不是支持它的证据。
检验任何解释，无论是自然的还是超自然的，一个好办法是看它能否同时说明本页顶部列出的全部八项特性。到目前为止，还没有一种解释在实验室中做到这一点。
2005年至2010年，Paolo Di Lazzaro在弗拉斯卡蒂的ENEA领导一个团队，用超短的紫外光脉冲照射亚麻布。在一个很窄的参数范围内，亚麻布呈现出与裹尸布相似的淡黄色。脉冲更长或更强会烧坏亚麻布，更弱则不会留下可见的颜色，直到布经过老化处理。颜色通常深入几微米。至少有一根纤维的颜色停留在0.2微米的外壁里，与裹尸布一样。
作为粗略估算，他们把有效的激光强度乘以人体的面积，得出约34万亿瓦，远远超过迄今制造出的任何紫外光源。这是对用一次脉冲完成成像的粗略估算，而不是对图像形成方式的测量。作者写道，“没有人能声称”身体图像是由一阵紫外闪光造成的，它是如何形成的至今仍然未知。他们证明的是，这种很薄的着色本身就很难做出来。