Вопрос о том, как получено изображение, безусловно, важнейший. Исследования в этом направлении начались более ста лет назад. Член городского совета Турина, адвокат и любитель-фотограф Секондо Пиа сфотографировал 28 мая 1898 г. туринское полотно с помощью камеры на пластинки размером 50 х 60 см. Проявляя при красном свете в фотолаборатории, он заметил ошеломляющий эффект: на негативе все детали были видны гораздо отчетливее, чем на позитиве. Сам негатив выглядел как настоящий (позитивный) снимок, что говорит о том, что изображение на плащанице как раз и является негативом. Многие современники не доверяли Пиа и считали молодое фотоискусство шарлатанством (Oschwald, 1998). Но в наши дни открытие Пиа служит у синдонологов основным аргументом сверхъестественности плащаницы.

Однако и с точки зрения позднего происхождения плащаницы можно объяснить характер изображения. Техника рисования, известная как "негативное изображение", использовалась в средние века. Каждый знает, что если к монете прижать бумагу и потереть ее карандашом, то можно получить негатив монеты. Если как «позитив» использовать барельеф (или же реальное человеческое тело), то получение такого изображения существующими тогда средствами выглядит вполне вероятным.

Но как мог средневековый художник прийти к тому, чтобы нарисовать негатив? Ответ относительно прост и опровергает при этом все предположения о "чудесном негативе": изображение на Туринской плащанице не является подлинным негативом. Если бы это был настоящий негатив, то волосы и кровь должны были выглядеть светлыми, что на позитиве дало бы темный цвет — иначе Иисус должен был быть блондином или седым, что, в некоторой степени, маловероятно.

Если принять гипотезу, что Туринская плащаница действительно зафиксировала подлинное тело Христа, то в глаза бросается ряд нелепостей:

— когда покрывало лежит на теле человека, оно прилегает к поверхности тела. Следовательно, отпечаток на той части, которая обволакивает, скажем, лицо, должен быть больше изображения лица, каким мы видим его спереди. Даже в идеальных условиях и использовании еще не известного способа получения изображения, например, такого как «выпаривание», покрывало должно быть жестко закреплено над телом на каком-то каркасе, чтобы получилось неискаженное двумерное изображение. Иначе, когда мы снимем и разложим покрывало, привычные пропорции тела будут на изображении искажены. Но на плащанице нет таких искажений;

— совершенно отсутствуют пустые места, которые должны появляться из-за складок. Изображение слишком гладкое, для того, чтобы быть подлинным;

— отпечаток окровавленных ступней на покрывале геометрически не соответствует положению ног. Ступни лежащего человека обычно направлены пальцами вверх, а здесь ступни подошвами стоят на покрывале и тогда колени должны быть согнуты;

— волосы человека, изображенного на Туринской плащанице, не спадают вниз, как это бывает у лежащего человека, а обрамляют лицо, как на картинах;

— руки и пальцы различной длины; так, одна рука на 10 см длиннее другой;

— кровь течет так как это бывает на картинах второразрядных живописцев: по небольшой канавке и не сворачивается, что было бы естественно. Тот, кому хоть раз попадала кровь на одежду, знает, какие при этом образуются пятна. Со временем они чернеют. А кровь на покрывале все еще красная.

В своей книге "Иисус умер не на кресте" (1998 г.) журналисты, любители сенсаций Э. Грубер и Х. Керстен пытаются привести экспериментальные доказательства использования метода «выпаривания». После того как Керстен побывал в сауне и намазался маслом, он лег под полотняное покрывало. Появился отпечаток одной стороны его тела, однако без черт лица. Судя по фотографиям, приведенным в книге, отпечаток тела совершенно четко расширен в области бедер. В отличие от плащаницы, не заметно «удлинения» обеих рук. Даже при контролируемых, идеальных условиях четко проявляются определенные признаки отпечатка трехмерного оригинала, а на Туринской плащанице они не заметны.

Этот вопрос многие считают важнейшим, однако он же и наиболее запутанный. Два химических анализа ткани и вещества на ней были предприняты с согласия католической церкви еще в 1970-е годы. Первый анализ провела итальянская комиссия в 1973 г. В своем докладе она пришла к заключению, что это "работа художника". Профессоры Джиорджио Фраке, Эуджения Ридзатти и Эмилио Мари обнаружили на ткани красноватое гранулированное вещество. Все специальные тесты на кровь дали отрицательный результат.

Во время проведения второго анализа в 1978 г. основную роль играла группа STURP. Эксперты наложили 32 клеевые полоски на покрывало и затем осторожно их содрали: 14 полосок были взяты из областей плащаницы, расположенных вокруг изображения Иисуса, 12 полосок были приклеены к самому изображению, а 6 — на «кровавые» пятна. Полоски разрезали на две части и один набор отдали микроаналитику Уолтеру Мак-Крону, а второй — Рею Роджерсу, которые исследовали частички вещества и волокна покрывала, прилипшие к полоскам. Мак-Крон не обнаружил следов жидкости или каких-либо других признаков трупа. Ему удалось найти всего лишь неорганические компоненты: прежде всего — окись железа (ржавчину).

При подробном изучении волокон Мак-Крон нашел на них два компонента: растворимая в воде краска темпера с окисью железа (железистая охра) и с киноварью. Этот второй компонент использовался старыми мастерами как алый цвет, и получали они его из сернистой ртути. Частицы этих двух компонентов отождествляются вполне уверенно. Мак-Крону удалось показать, что обнаружить железистую охру можно только в области самого изображения, и ее нет в контрольных областях покрывала. А краска из сернистой ртути встречается исключительно в «кровавых» областях. Тот факт, что в живописи XIII и XIV веков киноварь часто использовалась для изображения крови, только усиливает предположение о покрывале как о произведении искусства. Наряду с этим Мак-Крон нашел и следы других частиц, причем многие из них типичны для малярных красок. Все это укрепило Мак-Крона во мнении, что покрывало могло время от времени попадать мастерскую художника. Поскольку Мак-Крон считал возможным античное происхождение покрывала, он сделал вывод, что краска была использована дополнительно для более выразительной реставрации пожелтевших пятен, оставленных телом на покрывале.