Se encontró polonio 210, un isótopo del polonio, en todos los lugares que había visitado Litvinenko el día de su envenenamiento, incluso en una cafetería donde lo ingirió. El expía sobrevivió 20 días después de haber recibido una dosis de veneno 100 veces mayor de lo que se considera mortal.
Dos días antes de su muerte Litvinenko le dictaba una carta a su amigo Boris Berezovsky, en la que culpaba a Vladimir Putin, actual Presidente de Rusia, de su muerte y de traicionar la confianza de su pueblo.
A pesar de que Putin aseguró no tener nada en contra del ex espía, Litvinenko tuvo que pedir la nacionalidad británica por estar siendo perseguido en su país. Además en enero de 2007 un diario polaco demostró con varias fotografías que la imagen del ex agente del KGB era utilizada como diana en las bases de entrenamiento del ejército ruso.