Na płótnie Całunu zostały odbite ślady obrazujące z przodu i z tyłu anatomiczne części ludzkiego ciała. Do dzisiaj nie znamy żadnej innej sodary czy pogrzebowego prześcieradła, noszącego ślady podobne w swej zgodności z ewangelicznym opisem do śladów na Całunie.
Unikatowość znaleziska pobudzała przez wieki fantazję badaczy których celem było odkrycie, czy powstanie śladów można przypisać procesom chemiczno-fizycznym, dającym się odtworzyć w warunkach doświadczalnych.
Całunowy wizerunek obecny jedynie na jednej stronie płótna jest przyblakły brak na nim wyraźnych konturów, a jego barwa jest jednolicie jasnożółta. Jak wynika z badań mikroskopowych, włókienka mają inny odcień wyłącznie na powierzchni. Na włóknach znajdujących
się głębiej, zjawisko zażółcenia zanika; w miejscu splotu włókien widzimy jego całkowity zanik. Intensywność zabarwienia wizerunku nie zależy od większego stopnia zażółcenia, ale spowodowana jest gęstością występowania zabarwionych włókien, tzn. ilością żółtych włókien na jednostce powierzchni. Na płótnie nie ma żadnego śladu barwników pochodzenia organicznego czy nieorganicznego, ani też żadnego związku chemicznego innego od włókien lnu. Na całej powierzchni ciała możemy zaobserwować czerwonawe plamy pozostawione przez materiał hematyczny jak wykazały to badania biomedyczne. Należy zauważyć, że pod plamami krwi nie ma wizerunku, co jest dowodem na to, że powstał on po naniesieniu materiału hematycznego.Najstarsza udokumentowana propozycja na temat powstania całunowego wizerunku pochodzi z pierwszej połowy XVI wieku. W roku 1534 papieski legat Kard. Luigi De Gorrevod, wysłany do Chambery w celu sprawdzenia stanu zachowania płótna, wysunął hipotezę, iż ślady powstały w wyniku połączenia się potu z aloesem i mirrą. Rozwinięcie tej teorii oraz doświadczeń mających na celu ustalenie mechanizmu powstania śladów ma jednak swój początek dopiero w roku 1898, kiedy przy okazji wykonania pierwszej oficjalnej fotografii na Wystawie Sztuki Sakralnej w Turynie adwokat Secondo Pia odkrył, że odciśnięty wizerunek na Całunie nosi cechy podobne do cech fotograficznego negatywu: tzn. postać człowieka na fotograficznej kliszy jawi się tak, jakbyśmy oglądali ją w rzeczywistości. Istotnie fotografia jest narzędziem podstawowym do badań całunowego wizerunku, ponieważ bardzo skrupulatnie uwidacznia obecność wielu szczegółów oraz jednocześnie dostarcza ogólną wizję całości, która podkreśla jego doskonałą strukturalną złożoność.
Syntetyczny ślad klasyfikacji najbardziej wiarygodnych hipotez na temat uformowania się całunowego wizerunku przedstawia się następująco:
- teoria styku: ciało Człowieka z Całunu, pokryte roztworem aloesu i mirry w wyniku bezpośredniego kontaktu z płótnem, pozostawiło ślady zmieniając naturalne zabarwienie włókien lnianych;
- teoria waporigrafii: opary wydzielane przez ciało weszły w reakcję z roztworem aloesu i mirry powodując kolorymetryczną zmianę płótna;
- teoria promieniowania: energia typu termicznego i elektromagnetycznego oddziałuje na roztwór aloesu i mirry określając kolorymetryczne tonowanie płótna.
Należy podkreślić, że przeprowadzone przez badaczy doświadczenia ograniczyły się wyłącznie do oblicza, co się zaś tyczy całego wizerunku, istnieją pewne trudności operacyjne, które do tej pory nie doczekały się jednoznacznego rozwiązania.