С точки зрения беспристрастного исследователя Туринская плащаница представляет собой кусок льняной ткани длиной 4 м 36 см и шириной 1 м 10 см. Эти размеры практически точно выражаются в единицах древней меры длины – 2 х 8 локтей. Материя пожелтела от времени, и в некоторых местах имеются сожженные участки.
Ткань соткана на примитивном станке, подобно тканям, производившимся в Сирии в начале нашей эры. Технически она определяется как саржа. В различных частях ткань неоднородна по своей структуре, отсюда разница в массе и плотности. Кроме того, льняные нити перемешаны с мельчайшими волокнами хлопка.
Полотно имеет размеры 4,34 х 1,1 м. На его лицевой и изнаночной стороне заметны слабые негативные изображения обнаженного мужского тела во весь рост, расположенные симметрично друг к другу, голова к голове. На одной половине плащаницы – образ мужчины со сложенными впереди руками и ровно лежащими ногами; на другой половине – то же тело изображено со спины.
Образ на плащанице не яркий, но достаточно детальный; он дан одним цветом – желтовато-коричневым, разной степени насыщенности. Невооруженным взглядом можно различить черты лица, бороду, волосы, губы, пальцы.
На плащанице имеются следы крови из многочисленных ран на теле. По лбу и по длинным прядям волос как бы сбегают струйки крови. Кровоподтеки от ударов бичей покрывают всю грудь, спину и ноги. На запястьях и на ступнях видны следы, похожие на пятна застывшей крови, вытекшей из ран, оставшихся от гвоздей. В боку большое пятно, возникшее, видимо, из-за глубокой раны, достигшей сердца. Все раны до мельчайших подробностей соответствуют истязаниям, описанным в Евангелии.
Можно предположить, что образ на плащанице появился тогда, когда тело Иисуса Христа, в соответствии с евангельским повествованием, было положено в пещеру. При этом тело Его лежало на одной половине плащаницы, а другая половина, перекинутая через голову, покрывала Его сверху.
В первые две трети ХХ столетия исследования плащаницы ограничивались изучением сделанных с нее фотографий, с каждым разом все более и более качественных. На фотографиях были выявлены детали, которые невозможно различить невооруженным глазом.
В 1900 году профессор сравнительной анатомии Сорбонны Ив Деляж (следует упомянуть о том, что он считал себя атеистом) показал сделанные в 1898 году фотографии Секондо Пиа своему другу Полю Виньону. Вскоре к ним присоединились Рене Кольсон (профессор физики) и Арман Готье (профессор медицины). До 1902 года выполняемая этой группой работа представляла собой просто лабораторное моделирование, так как исследователям не удалось получить разрешение на проведение работ с самой плащаницей. Впрочем, на основании результатов этих исследований также можно было доказать, что Плащаница является подделкой, или, наоборот, получить доказательства ее подлинности.