Природу радиоизотопа можно было определить спектральным анализом излучения. Все альфа-источники выбрасывают небольшое количество гамма-импульсов, и отношение альфа- и гамма-импульсов уникально для каждого из них. Данные анализа, которые сообщили в больницу 23 ноября, были совершенно неожиданными — полоний-210. Смертельные отравления этим изотопом были исключительно редкими и только в результате несчастных случаев в атомной промышленности. Большинство данных по токсикологии полония были получены в опытах на животных. Были известны и антидоты, их, в частности, получают рабочие урановых рудников, в воздухе которых концентрация полония значительно повышена. Возможно, что кто-либо в больнице колледжа срочно стал проверять по Интернету данные о полонии. Но было уже поздно. Литвиненко скончался вечером 23 ноября от сердечного приступа, через три часа после информации о полонии.

Информация о смерти Литвиненко появилась на сайте больницы без указания причин. Полиция ввела двухдневный мораторий на сообщения о радиоактивности, чтобы определить уровень радиации и распространенность загрязнений. Идентификация полония не представляет слишком больших трудностей. Однако определение количества полония-210 в организме требует очень сложного и длительного анализа с выделением полония на какую-то металлическую мишень-электрод. Широкая публика узнала о смерти Литвиненко 24 ноября не из сообщений больницы, а из заявления Гольдфарба, который собрал возле больницы срочную пресс-конференцию. Перед множеством телекамер и микрофонов Гольдфарб зачитал «заявление» самого Литвиненко, продиктованное им якобы за два дня до смерти. Русский устный текст заявления не был зафиксирован, но английский вариант никак не был похож на то, что мог сказать умирающий человек. Никто, однако, не имел возможности что-то проверить. Зачитываемое Гольдфарбом «заявление» сразу шло в вечерние программы телевидения. Ответственным за смерть Литвиненко оказывался по тексту лишь один человек, находившийся в данный момент в Финляндии на саммите ЕС — Россия, — президент Владимир Путин.

Точные причины смерти Литвиненко официально не сообщались даже в том «досье», которое было направлено в Москву британской прокуратурой в мае 2007 года. Не сообщались и дозы полония-210, которые были обнаружены в теле покойного. Определить их только по моче и крови нельзя, так как главным органом выделения полония из организма являются печень, желчный пузырь и кожа, а не почки. Литвиненко попал в больницу в начале ноября с симптомами острого желудочно-кишечного синдрома неизвестной природы. При сильных лучевых поражениях организма радиационный «кишечный синдром» появляется не сразу, а через 10–15 дней после облучения, так как радиация поражает только делящиеся стволовые клетки кишечника, а не функциональные клетки внутренних слизистых поверхностей. Уменьшение числа лимфоцитов в крови также происходит постепенно, так как костный мозг перестает регенерировать их число. Полоний-210, как альфа-источник, мало повреждает стенки кишечника, так как крупные альфа-частицы не пробивают стенку кишечника и не влияют на стволовые клетки на его наружных поверхностях, пронизанных капиллярами. Критическими органами при полониевом отравлении являются почки, печень и костный мозг. Были предположения, что Литвиненко умер от «токсического шока», который мог быть вызван нарушениями работы почек.