В 1969 году произошел важный прецедент: группа специалистов (11 человек) была впервые допущена к плащанице. Правда, цели этого исследования в основном касались выяснения качества сохранности плащаницы и выработки предложений по ее дальнейшему хранению.

В 1973 и 1978 годах руководитель полицейской лаборатории в Цюрихе (Швейцария) доктор Макс Фрей дважды брал на анализ образцы биологического материала с плащаницы. На основании их изучения ему удалось выделить и идентифицировать пыльцу 58 видов растений. Некоторые из них встречаются в Европе, а 44 произрастают в Палестине, Южной Турции или окрестностях Стамбула (Константинополя). Семь из них растут только в пустынных солончаках и не могли встречаться на территории средневековых Франции и Италии, где, как известно, долгое время пребывала плащаница. В результате Фрей сделал вывод о том, что плащаница когда-то побывала в Палестине. Но поскольку с 1353 года реликвия не покидала Европы, можно сделать вывод, что когда-то она находилась в Палестине и Константинополе, что согласуется с историческими данными.

Эти результаты позже были подтверждены доктором Ури Барухом из Израильского института древностей. Он выделил уже 165 разновидностей цветочной пыльцы, причем 45 из них происходят с Ближнего Востока.

В 1977 году для изучения плащаницы был создан специальный исследовательский проект STURP. Участники проекта ставили перед собой три задачи: выяснить природу изображения на Туринской плащанице; выяснить происхождение пятен крови; объяснить механизм появления изображения.

Участвовавшие в проекте американские ученые в 1978 году установили, что изображение просматривается лишь на самой верхней части поверхности волокон; его нет ни с наружной стороны ткани, ни в центре нити (для этого они использовали микроскоп с диапазоном увеличения 6,3х—64х). Также они показали, что темные и светлые участки изображения не связаны с наличием темных или светлых волокон, как можно было бы ожидать при окрашивании; все нити на изображении были одинакового светло-желтого цвета. В местах, где этих волокон было больше, изображение казалось более темным. Это позволило установить, что изображение на плащанице является трехмерным.

Попытки обесцветить волокна, проводившиеся с использованием 25 различных растворителей, оказались безрезультатными – отпечаток на плащанице ничем невозможно удалить.

Вскоре после того как американские участники проекта STURP вернулись из Турина, двое из них протестировали взятый с окровавленных участков ткани материал и пришли к выводу, что на материи имеются пятна настоящей крови. Возможно, что они находились на ткани еще до появления отпечатка тела, так как под этими пятнами каких-либо следов изображения нет. В то же время группа итальянских ученых, возглавляемая судебным патологоанатомом доктором Пьерлуиджи Байма-Боллоне, на основании проведенных независимых тестов сделала еще более далеко идущие выводы: им не только удалось доказать, что на Плащанице имеется человеческая кровь, но они также выяснили, что это кровь группы АВ Rh(+)!

Следующим знаменательным этапом в исследовании плащаницы стали работы американского физика Джона Джексона, преподавателя физики в военно-воздушной академии США. Работая с моделью плащаницы, он с помощью специальных приборов экспериментально измерил на курсантах-добровольцах среднее расстояние, образующееся между поверхностью тела и тканью, его покрывающей. Полученные данные он сравнил с изменением цвета на фотографиях плащаницы и обнаружил, что потемнение плащаницы в каждой точке находится в зависимости от расстояния до тела, которое оно, видимо, когда-то покрывало. Джексон, будучи специалистом в области обработки аэрофотоснимков, применил к фотографиям плащаницы разработанные для этого компьютерные программы, и ему удалось с их помощью восстановить реалистическую объемную форму лица и всего тела человека, образ которого запечатлен на плащанице. Дальнейшие эксперименты показали, что фотографии а также картины, выполненные рукой художника, не обладают подобным свойством: по ним не удается восстановить реалистическую объемную форму изображенного на них оригинала.