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. Однако систематические анализы крови и мочи не могли пропустить нарастание такой опасности. Симптомы, которые появились у Литвиненко в ночь на 2 ноября, если они были связаны с альфа-радиацией, не могли быть результатом отравления 1 ноября. Повреждающий эффект радиации и особенно альфа-радиации появляется не сразу, а накапливается постепенно, так как постепенно растет и аккумулированная доза. Если связывать смерть с полонием, то он поступил в организм где-то между 15 и 20 октября.
Между тем британская полиция, знаменитый Скотленд-Ярд, ошибочно приняв за день отравления 1 ноября (так, наверное, было указано в «истории болезни»), стал искать радиоактивность везде, где Литвиненко побывал в этот день, восстановив его маршрут по Лондону по разговорам его мобильного телефона. Жена с сыном Литвиненко были временно переселены в другой дом для обследования прежнего. Даже через 25 дней после предполагаемого отравления следы полониевого излучения обнаруживались во множестве мест, хотя происхождение таких следов было не всегда объяснимо. Уже через неделю таких поисков возникли многочисленные противоречия и несоответствия, так как полоний обнаруживался и в некоторых местах, которые Литвиненко посещал до 1 ноября. В результате этого появилась новая теория о том, что Литвиненко отравляли полонием-210 дважды, 15–16 октября и 1 ноября. Первой дозы, которую получил Литвиненко, оказалось якобы недостаточно. Поэтому отравители приехали в Лондон еще раз, чтобы добавить до летального уровня.
Этой новой теории двукратного отравления была посвящена специальная вечерняя аналитическая программа «Панорама», передававшаяся 23 января 2007 года в 20.30 по первому каналу Би-би-си. Эту программу иногда смотрят до 20 миллионов телезрителей, и она поэтому эффективнее газет. В печать вскоре просочились сообщения о том, что двукратное отравление не противоречит и результатам патолого-анатомического и радиологического расследования, проводившегося 1 декабря 2006 года тремя командами экспертов. Однако реальные результаты post-mortem, то есть патолого-анатомического обследования, публикацию которых полиция обещала много раз, были в конечном итоге засекречены и пока неизвестны. Поэтому ни общая доза облучения, ни даже конкретная причина смерти не могут пока считаться официальными.
Обращение Литвиненко в мусульманство создало проблемы для похорон, которые состоялись лишь через две недели после смерти. Закаев настаивал на исламском обряде в мечети и на мусульманском кладбище. Жена и отец требовали православных обрядов. По британским законам приоритет в подобном споре принадлежит семье. Однако гроб с телом покойного сначала отвезли в мечеть для прощания, а затем отпевали в лондонской православной церкви. Похороны состоялись 8 декабря на Хайгейтском кладбище. Это кладбище обслуживает тот район Лондона, где Литвиненко жил.
Профессор Джон Генри, заявивший 16 ноября о том, что Литвиненко отравлен большой дозой таллия и что это намеренное убийство, ненадолго пережил Литвиненко. Он умер 8 мая 2007 года в возрасте 68 лет во время операции по удалению пересаженной ему в 1976 году почки. Его собственные почки были отравлены еще в молодости, и он много лет зависел от диализа. Все эти сведения, ранее неизвестные, появились в многочисленных некрологах. Журналы и газеты с удивлением писали, что Джон Генри с двадцатилетнего возраста был членом католической секты Опус Дей, требующей от своих членов безбрачия. Свободный от семейных забот, доктор Генри был постоянным комментатором газет, журналов, радио и телевидения о разнообразных случаях отравления в Лондоне и в других местах. Он появлялся в телевизионных студиях в любое время дня и ночи. Его профессиональные интересы были сосредоточены на «социальных» ядах, кокаине, экстази, марихуане и других наркотиках. Он также был экспертом по детоксификации в почках, регулярно дежурил в лондонском центре по отравлениям и спас немало молодых людей, попадавших сюда после отравления наркотиками.