En 1977, un equipo de científicos elegidos por el Gremio del Santo Sudario desarrolló un programa de pruebas sobre la tela, denominado STURP (Shroud of Turin Research Project, Proyecto de investigación del sudario de Turín). El cardenal Ballestrero, arzobispo de Turín, otorgó su permiso pese a los desacuerdos internos. Los científicos de STURP dirigieron durante cinco días sus pruebas.
En 1979, un miembro del equipo llamado Walter McCrone concluyó, tras analizar las muestras de las que disponía, que la imagen estaba compuesta por miles de millones de pigmentos de menos de una micra. Los únicos fibrilos disponibles para el estudio de las manchas fueron aquellos que quedaron pegados a una cinta adhesiva hecha a medida que se aplicó a treinta y dos secciones diferentes de la imagen (hecho así para evitar dañar la tela).
Según McCrone, los pigmentos son una mezcla de témperas rojo ocre y bermellón. Su grupo de óptica electrónica publicó en cinco artículos los resultados de estos estudios en revistas revisadas por científicos: Microscope 1980, 28, 105, 115, 1981, 29, 19; Wiener Berichte uber Naturwissenschaft in der Kunst 1987/1988, 4/5, 50 y Acc. Chem. Res. 1990, 23, 77-83. Tras conocer la noticia, STURP confiscó las muestras a McCrone y le reemplazaron por otros científicos. En palabras de McCrone, le «expulsaron» de STURP, y es ahora uno de los mayores defensores de la teoría de que el Sudario es una farsa, y sigue defendiendo sus análisis. Raymond Rogers, prestigioso químico de Los Alamos National Laboratory, University of California, poseedor durante un cuarto de siglo de las 32 muestras que él mismo obtuvo de la Sábana Santa, no pudo corroborar (pese a cientos de horas de observación con el microscopio de luz polarizada) los hallazgos de pigmento de óxido de hierro de Walter McCrone sobre esas mismas muestras. Tampoco pudo hacerlo el experto Joe Kohlbeck de la Hercules Corp. al que Rogers solicitó colaboración. A fecha de 2005, ningún otro estudio independiente ha confirmado los resultados de McCrone.
Otros análisis microscópicos de las fibras parecen indicar que la imagen se limita estrictamente a la capa de hidratos de carbono, sin capas adicionales de pigmentos a la vista. Los partidarios de la autenticidad del sudario replican que ninguna técnica conocida de pintura a mano puede aplicar un pigmento con semejante nivel de control sobre una superficie de fibras nanométricas.