Imagen tridimensional obtenida con el analizador VP-8.

Pero una de las características más importante de la imagen es que posee información tridimensional, algo que no se da en absoluto en fotografías, dibujos o pinturas. Al aplicar a una foto de la tela un analizador de imágenes que pueda extraer información tridimensional (cualquiera puede hacerlo en casa con el programa de ordenador apropiado) se descubre un cuerpo humano en relieve como si de una mapa topográfico se tratase. Las partes del cuerpo que aparentemente estuvieron más cerca de la tela destacan en relieve de las que estuvieron más alejadas.

La intensidad de la imagen está en relación con la distancia cuerpo-tela en cada punto: la imagen es más oscura (más clara en el negativo) en aquellas zonas en que la distancia entre el cuerpo y las fibras de lino fue menor. Esta regla se cumple matemáticamente, pudiéndose calcular que la partes del cuerpo que dieron lugar a la imagen debieron encontrarse a una distancia de la tela no superior a los 3,5 cms. De este análisis se deduce fácilmente que la imagen no se formó por contacto directo entre cuerpo y tela, pues en ese caso sólo tendríamos la impronta de los puntos de contacto. Mientras que las manchas de sangre se pueden observar también en el reverso de la tela, la imagen se encuentra sólo en un lado de la misma. Debajo de los coágulos de sangre no hay imagen. La imagen está formada por minúsculos puntos (pixels) en la parte más superficial de las fibras de lino donde se produjo un cambio en su estructura (oxidación y deshidratación). No se conoce ningún método artístico que haya podido producir este particular tipo de impresión. Se descarta un proceso de chamuscamiento de las fibras ya que la imagen no respondió al test de fluorescencia usando luz ultravioleta y que sólo reconoció como quemaduras las partes afectadas en el incendio de 1532.

Actualmente se desconoce el proceso que originó esta imagen única.