寓所遇害的48岁女记者安娜·波里科夫斯卡娅案件内情。疑食物遭下毒，他其后出现呕吐及休克等严重病况，被立即送院治理。有不少报导称，下毒主谋为俄罗斯当局。经过多日医治后，他最终于11月23日宣告不治，终年44岁。俄罗斯总统普京在11月24日，于芬兰赫尔辛基出席欧盟峰会后，回应了这次事件。他说：利特维年科遭遇的可能是历史上最昂贵的投毒——价值三千万欧元的钋-210，创造了另类的吉尼斯世界纪录。
调查.2006年11月24日，英国卫生防护局宣布，利特维年科的尿液内发现了钋-21