Sent i september 2004 ble Jusjtsjenko meget syk og fløyet i all hast til Rudolfinerhaus-klinikken i Wien for medisinsk behandling. Etter behandlingen fremsto han med et pløsete og arrete ansikt. I ettertid har det blitt påvist høye konsentrasjoner av dioksiner i blodet hans (1000 ganger høyere enn normalverdien) som legene menes skyldes forgiftning, «sannsynligvis inntatt oralt». Jusjtsjenko hevder at han ble forgiftet under en lunsj med lederen for Ukrainas sikkerhetstjeneste i september. I midten av desember ble de vitenskapelige analysene av Jusjtsjenkos blod offentliggjort, og de bekreftet at han hadde blitt forgiftet med TCDD (), den farligste av de kjente dioksinformene. Behandlingen i Wien reddet hans liv.