В XX в. наконец появилась точная специальная техника и аппаратура, позволяющая более детально проводить изыскания. В начале века исследователи ограничивались изучением фотографий, на которых были выявлены многие детали, которые невозможно различить невооруженным глазом. Уже в 1902 г. французский биолог Поль Виньон начал детальное исследование человеческого тела, изображенного на плащанице. Более качественные фотографии, сделанные в 1931 г., позволили историкам и патологоанатомам установить, что человек, изображенный на плащанице, был распят по древнеримскому обычаю и изображение это противоречит канонам иконописи, принятым в XIII-XIV веках. Фигура на кресте на иконах никогда не была обнаженной, руки Христа на всех изображениях были пробиты в ладонях, а терновый венец, если изображался, был в виде обруча. На плащанице же распятый совершенно обнажен, что соответствует римским обычаям; руки пробиты в запястьях, что опять-таки полностью соответствует исторической правде; терновый венец сплетен в виде митры. Художник, задумавший нарисовать реликвию, несомненно, следовал бы канонам времени, а не исторической реальности, которая, к тому же, вряд ли могла быть ему известна. Антропологи установили, что на полотне изображен человек, принадлежащий к типу сефаридов. Такие лица и сейчас встречаются в старинных иудейских и арабских родах. Рост человека составлял приблизительно 178 см, а возраст - 30- 45 лет. Эксперты определили, что пятна на полотне - действительно кровь. Удалось обнаружить ее компоненты: гемоглобин, альбумин, билирубин. Большое содержание последнего указывает, что человек умер, пребывая в состоянии сильнейшего стресса. Установлена была и группа - IV(AB), - и по набору хромосом определен пол - мужской.

Судебно-медицинская экспертиза смогла по следам от ран в точности восстановить картину страданий Христа. На теле было много кровоточащих ран от тернового венца, ударов бичами и палками, следы от креста, который поранил спину, пока Иисус нес его на гору, а также посмертные излияния от удара копьем, которое, как предполагают врачи, пробило плевру, легкое и повредило сердце. Кроме того, имеются следы вытекания крови в момент снятия с креста и возложения тела на плащаницу. Удары палкой повредили переносицу, ученым удалось даже установить толщину палки. Следы бичей показывают, что избивали Христа два воина: один высокого роста, другой был пониже. Каждый бич имел пять концов, в которые были вставлены грузила, чтобы плети крепче охватывали тело, а, одергиваясь с него, рвали кожу.