A középkori és újkori festmények kivétel nélkül a tenyéren és a lábfejen átütött szegekkel ábrázolják a keresztre feszítést. A leplen látható sérülések azonban eltérnek ettől a hagyományos felfogás szerinti ábrázolástól: a szegek nyomai ugyanis a kézfej alatt a csuklón, illetve a lábfej felett a bokánál azonosíthatóak. Ez felel meg egyébként az ókorban alkalmazott kegyetlen kivégzési módnak: a tenyereken és a lábfejen átütött szegek ugyanis nem tartották volna meg a testet a keresztfán.
Az úgynevezett Destot-nyílást az ókori hóhérok még ismerték, de a középkorra feledésbe merült ez a szörnyű kivégzési mód, és erre vezethető vissza a későbbi korok helytelen ábrázolásmódja is. Az 1980-as években a komputertechnikával feljavított felvételek alapos analízisével azt is sikerült megállapítani,
hogy a testet összesen 120 korbácsnyom borítja,
amelyeket a hírhedt római flagrummal, vagyis a „háromágú macskával" mértek az áldozatra. A római korbács ágai végén apró fémhorgok voltak, amelyek minden egyes ütésnél beleakadtak a bőrbe, s felszakítva azt, még tovább növelve az áldozat gyötrelmeit.
Ennek vérzéses nyomai világosan kimutathatóak az alak végtagjain és a törzsén. A vizsgálat vállficamra utaló nyomokat is azonosított, amelyek szintén összhangban állnak a szenvedéstörténetben írtakkal, miszerint a Golgotára menet Jézus háromszor esett össze a kereszt súlya alatt.
Emiatt kényszerítették cirénei Simont, hogy segítsen a halálraítélt Jézusnak a kereszt cipelésében. A leplen világosan látszik, hogy a jobb váll nem szimmetrikus a ballal, ami vállficamra utaló nyom.
A fejről készített komputertechnikával feljavított és kinagyított felvételen a bal arcféltekén, a járomcsont közelében zúzódásos sérülés nyomai láthatók, ami ugyancsak összhangban áll az evangéliumban írtakkal: „Amikor ezt mondta, az ott álló szolgák közül az egyik arcul ütötte Jézust, és így szólt: Így felelsz a főpapnak?" A Szentírás szerint az egyik római legionárius kegyelemből dárdával átdöfte Jézus szívét, amelyből »vér és víz folyt ki«.
A leplen jól megfigyelhető ez a szívtáji vérzésnyom. Sőt, a vizsgálat megállapította, hogy a dárdadöfés nem csak a szívet, hanem a tüdőt is átszúrta, amelyből – a vérrel együtt – vizenyő folyt ki.
Az egyik igen érdekes eredmény Francis Filas jezsuita történészprofesszor felfedezéséhez kapcsolódik. Filasnak az 1978-ban készített 3D-s felvételek tanulmányozása közben tűnt fel, hogy a fejlenyomaton szokatlanul nagyok az alak szemei. A professzor számítógépes technikával feljavította és erősen kinagyította a szemeket,
megállapítva, hogy azokat két pénzérme takarja el.
További képfeljavítás után a pénzérmékről is sikerült az azonosításhoz szükséges minőségű képet készíteni. Az egyik érme előlapján jól kivehető a római madárjósok, az augurok pásztorbothoz hasonlító hajlított végű botja, a görög „Tiberias kaiserios", vagyis „Tiberius császáré" félkörös felirattal.
A numizmatikai szakértők ebből megállapították, hogy mindkét, úgynevezett provinciális pénzérmét Kr. u. 29 és 31 között a júdeai római prokurátor, Quintus Pontius Pilatus verette.
A lepel valódiságát kétségbe vonó szkeptikusok az 1988-ban elvégzett radiokarbonos kormeghatározás eredményére szoktak hivatkozni olyan perdöntő bizonyítékként, mint ami megcáfolja a torinói lepel eredetiségét.
A lepel tulajdonosa, a római katolikus egyház 1988-ban hozzájárulását adta ahhoz, hogy három független sugárlaboratórium elvégezze a lepelből kivágott minták C-14 szénizotópos radiokarbon-kormeghatározást. Egyenként három, jelölés nélküli mintát küldtek el az oxfordi, a zürichi és egy arizonai laboratóriumnak.
A kormeghatározást végzőknek arról sem lehetett tudomásuk, hogy mit vizsgálnak. Mindhárom laboratórium hasonló eredményre jutott: Oxford szerint 1200, a zürichi mérés alapján 1274, Arizona szerint pedig 1304 a lepel keletkezési ideje. Christopher Ramsey az oxfordi kormeghatározást végző csoport vezetője azonban a következőket nyilatkozta a méréssel kapcsolatban: „Nagyon sok más bizonyíték van arra vonatkozólag, hogy a lepel idősebb, mint amit a radiokarbonos kormeghatározás engedni vél, így további kutatások feltétlenül szükségesek."
- Csak ezáltal leszünk képesek arra, hogy meghatározzuk a lepel koherens történetét, amely számba veszi és megmagyarázza az összes elérhető tudományos és történelmi információt.
2004-ben Raymond Rogers, a Los Alamos Nemzeti Laboratórium kutatója megállapította, hogy a radiokarbon vizsgálathoz felhasznált mintavételi terület a lepel többi részéhez viszonyítva különös növényi pigmenteket tartalmaz. Pirolízis tömegspektrometriai, valamint mikroszkopikus és mikrokémiai vizsgálatok eredményei bebizonyították,
hogy a radiokarbon vizsgálathoz felhasznált minta nem az eredeti lepel része volt,
így az elvégzett C14 vizsgálat eredménye nem releváns a lepel valós korát illetően.
Ugyanerre a megállapításra jutott 2008-ban Robert Villera is, aki szintén a Los Alamos Nemzeti Laboratórium kutatója.
Villera szerint: „A kormeghatározási folyamat hibázott abban a tekintetben, hogy figyelmen kívül hagyta az analitikai kémia egyik legfontosabb szabályát, vagyis azt, hogy bármely minta, amelyet egy terület vagy populáció karakterizációja céljából vesznek, szükségszerűen reprezentálnia kell a sokaság egészét. A résznek reprezentatívnak kell lennie az egészre vonatkozóan. A mi analízisünk a Raes és 14C-mintára vonatkozóan megmutatta, hogy a mintavételre vonatkozó kritériumok nem teljesültek."
Mások az oxfordi, zürichi és arizonai mérések kétséget kizáró bizonyosságát azzal kérdőjelezik meg, hogy az 1532-ben keletkezett tűzben
a lepel megpörkölődése eleve kizárja a pontos radiokarbon-kormeghatározást.
A mintavétellel és a vizsgálati módszertannal kapcsolatos hibákat újabb, és most már pontosított mintavételen alapuló kormeghatározással lehetne tisztázni, de a Vatikán egyelőre nem járult hozzá ahhoz, hogy a torinói lepelből újabb mintadarabokat vágjanak ki.
A római katolikus egyház felfogása szerint a hit nem ereklyék kérdése.
Természetesen egy-egy szent ereklye is elősegítheti azt, hogy valaki hívővé váljon, de a hitnek nem ez a fő pillére. Szent II. János Pál pápa 1989-ben „valóságos relikviának" nevezte a torinói leplet, Ferenc pápa 2015-ben pedig hosszasan imádkozott előtte a Keresztelő Szent János katedrálisban. Hogy ki miben hisz, illetve kit mi győz meg, az már a torinói lepel eredetén túlmutató kérdés.