La plupart des hypothèses formulées pour tenter d’expliquer la formation de l’image ont perdu toute apparence de vraisemblance dès que l’on a connu la véritable nature chimique de cette image. Ce qui n’empêche pas d’ailleurs ces hypothèses de continuer à fleurir et à se multiplier.

Les travaux du STuRP en 1978 ont montré que l’image de l’homme du Linceul résulte d’une oxydation de la cellulose du lin. Cette oxydation, extrêmement superficielle, n’affecte que le sommet des fibrilles qui forment les fibres du tissu. Cette nature chimique oriente les recherches vers l’hypothèse des herbiers (en comparaison avec l’empreinte laissée par les plantes sur le papier) ou d’autres semblables, et surtout vers celle d’un rayonnement.

On peut d’ailleurs penser qu’il s’agit d’un phénomène thermique puisque les pièces de monnaie posées sur les yeux du crucifié ont, elles aussi, provoqué la même oxydation. Ce qui écarte l’hypothèse herbiers et permet de parler de roussissure, c’est-à-dire, selon le dictionnaire, de légère brûlure. Cela explique par ailleurs pourquoi l’incendie de 1532 n’a pas altéré l’image.

Le modelé du corps est rendu par la couleur plus ou moins foncée de l’image : plus un point du corps est éloigné ou en creux, plus il est clair. Or les fibrilles roussies ont toutes la même couleur : elles ont toutes subi une roussissure de même intensité. Les différences de teintes de l’image viennent de ce que les endroits plus foncés possèdent un plus grand nombre de fibrilles roussies au centimètre carré que les endroits clairs. Et ce phénomène est strictement proportionnel à l’éloignement de chaque point du corps par rapport au tissu considéré comme un écran plat. Cela peut se comparer au tramage des photographies dans les journaux.

Toute hypothèse concernant la formation de l’image devrait rendre compte de ces caractéristiques. Or même les hypothèses prenant pour base un rayonnement sont loin d’y parvenir.