Es un manto de lino, tejido en sarga con trama llamada espina de pescado, de 4.36 x 1.10 m, que ostenta, de frente y de espaldas, yuxtapuesta desde la coronilla, la sombra de un hombre desnudo, de 1.80 m de estatura. Es una chamuscadura muy superficial de los hilos.

Coincidente con la sombra, rastros de sangre permiten adivinar que el Hombre fue azotado, coronado con espinas, y perforado de pies y manos. Estudios más especializados advierten que el Hombre es de raza semita, con tipo de sangre AB, que recibió múltiples golpes, que se le desprendieron fragmentos de barba, y que murió en posición vertical, por asfixia.

Para azotarlo, fueron utilizados dos tipos de flagelos desde posiciones opuestas. Las correas de ambos remataban en pequeñas mancuernas de plomo que desgarraron la carne al jalar los flagelos.

La Sábana muestra, además, huellas de humedad por una inundación en Edessa, y está perforada según estaba doblada durante el incendio de la capilla donde estaba en 1532, en Turín.

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La Sábana se restauró en el 2002.

En 1898 Secondo Pía toma fotografías de la Sábana, y descubre que el negativo de esta sombra produce un positivo fotográfico.

Max Frei halló en la Sábana esporas de polen de plantas oriundas de Jerusalén, Turquía, Francia e Italia, lo que confirma su itinerario histórico geográfico.

Al analizar las fotografías de la Sábana mediante el Visor VP8 de la NASA, diseñado para explorar la orografía de Marte, Jackson, Jumper y Morten descubren que la sombra es tridimensional, y describe las distancias entre el Cuerpo emisor de la radiación, y la Sábana, superficie receptora de la radiación.

En base a las fotografías con el visor VP8, el P. Francis Filas halla en la región del párpado derecho las inscripciones de un leptón, la moneda de más baja denominación en Cesárea Filipa en tiempos de Jesús.

Piero Ugolotti, Aldo Marastoni, André Marion y Anne Laure Couragey, hallan inscripciones en hebreo, griego y latín en el dorso de la Sábana, alrededor del Rostro.